KR20120113264A - 소수 캐리어 수명을 측정하기 위한 장치 및 이를 이용하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
소수 캐리어 수명을 측정하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 인덕터 및 커패시터를 구비하고 측정 주파수에서 공진하도록 구성된 공진 회로를 포함한다. 이 장치는 또한 제 1 부분 및 제 2 부분을 구비한 강자성 코어를 포함한다. 제 1 부분은, 갭을 한정하고 제 1 부분 바깥쪽에 있는 자기장의 측방 확산이 억제되도록 인덕터에 의해 확립된 자기장을 제 1 부분을 따라 지향시키고, 그리고 갭에 걸쳐 대체로 균일하게 자기장을 지향시키도록 구성될 수 있다. 제 2 부분은, 제 2 부분을 따라 그리고, 제 1 부분과 함께, 폐루프 안쪽으로 자기장을 지향시키도록 구성될 수 있다. 방사선원은 강자성 코어의 제 1 부분에 의해 한정된 갭에 가까운 영역을 조사하도록 구성될 수 있다.
Description
본 발명의 실시형태들은 반도체 특성화 툴들에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 반도체 시료의 수소 캐리어 수명을 측정하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다.
소수 캐리어 수명이란 반도체 재료들에 대한 기본적인 중요량이다. 이 양은 원시 반도체 재료들에서의 품질 및 결함 밀도의 표시를 제공할 수 있고, 또한 반도체 디바이스 제조 및 처리를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 디바이스 제조 모니터링의 경우, 제조 프로세스 중의 하나 또는 그 초과의 포인트들에서 소수 캐리어 수명 측정들이 수행될 수 있다. 제조 프로세스의 각각의 단계는 값 비싸고 시간 소모가 클 수 있다. 이와 같이, 테스팅을 할 재료가 테스팅 프로세스에 의해 저하되지 않는 것이 유리할 수 있데, 저하는 재료가 재작업되거나 폐기되게 할 수 있다. 또한, 이미 결함이 있는 재료들에 대하여 추가적인 처리를 실시하여 시간 및 자원들이 낭비되기 전에 그리고 더욱 우수한 재료가 제대로 기능하지 못하는 제조 프로세스의 대상이 되기 전에 제조 에러들이 신속하게 식별될 수 있도록, 소수 캐리어 수명의 이러한 "인라인" 측정이 상대적으로 쉽게 수행되고 이해되는 것이 유익할 수 있다.
반도체 재료들의 세대 수명(GTAU), 광전도성 감쇠(PCD) 및 시트 전도도(σ) 측정들을 동시에 그리고 실시간으로 제공하는 신규한 무접촉성 분석 시스템이 개발되었다. GTAU 및 PCD의, 단일 분석 시스템으로의 특유의 조합은 여기에 설명된 분석 시스템 및 방법들이 종래 기술보다 상당한 이점들을 가질 수 있게 하는 공생을 제공한다. 이는, 개선된 SNR(신호 대 잡음비), 더 짧은 소수 캐리어 수명들을 측정하는 능력, 및 자가-교정 능력을 포함하지만, 이것으로 한정되지 않는다. GTAU 측정은, 우수한 SNR을 갖고 훨씬 더 짧은 캐리어 수명들을 측정하는 능력을 갖는다는 점에서 유익하다. 그러나, GTAU는, 이것이 상대적인 측정이기 때문에 일부 응용들에서는 제한을 갖는다. 이 제한은 절대적인 측정인 PCD 측정을 GTAU와 결합함으로써 극복된다. 이러한 방식으로, (절대적인) PCD 측정은 GTAU 측정을 자동으로 교정하는데 사용된다. 요약하면, 이러한 방식으로 사용되는 경우 GTAU 및 PCD는 상보적인데, PCD 방법은 GTAU 방법 결과들을 교정하는 역할을 하고 이후 GTAU는 소수 캐리어 수명들의 더 넓은 범위에 걸쳐 훨씬 더 높은 품질 측정들을 제공한다.
일 양상에서, 소수 캐리어 수명 측정 툴과 같은 장치가 제공된다. 이 장치는 인덕터 및 커패시터를 구비하고 측정 주파수에서 공진하도록 구성된 공진 회로를 포함할 수 있다. 장치는 또한 제 1 부분과 제 2 부분을 구비한 강자성 코어를 포함할 수 있다. 제 1 부분은 갭을 한정할 수 있고, 제 1 부분 바깥쪽에 있는 자기장의 측방 확산이 억제되도록 인덕터에 의해 확립된 자기장을 제 1 부분을 따라 지향시키도록 구성될 수 있고, 자기장은 갭에 걸쳐 대체로 균일하게 지향된다. 예를 들어, 인덕터는 제 1 부분 둘레에 원주방향으로(circumferentially) 연장되는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다. 제 2 부분은 제 2 부분을 따라 그리고, 제 1 부분과 함께, 폐루프 안쪽으로 자기장을 지향시키도록 구성될 수 있다. 제 2 부분은 제 1 부분에 의해 한정된 갭과 일직선에 있는 갭을 한정할 수 있다.
제 1 부분은 세로 축을 한정하고, 강자성 코어는 세로 축을 중심으로 대체로 방사상으로 대칭일 수 있다. 몇몇 실시형태들에서, 강자성 코어는 대향하고 있는 제 1 파트 및 제 2 파트를 포함할 수 있고, 제 1 파트는 제 1 부분 및 제 2 부분의 적어도 일부를 형성하고 제 2 파트는 또한 제 1 부분 및 제 2 부분의 적어도 일부를 형성한다. 제 1 파트 및 제 2 파트는 강자성 코어의 제 1 부분에 의해 한정된 갭을 따라 지향된 평면에 걸쳐서 대체로 대칭일 수 있다.
몇몇 실시형태들에서, 제 1 파트 및 제 2 파트 각각은 신장된 베이스들, 신장된 베이스들 각각으로부터 연장된 중앙 기둥을 포함할 수 있다. 한 쌍의 측면 기둥들은, 제 1 파트 및 제 2 파트 각각이 대체로 "E" 형상을 형성하도록, 중앙 기둥의 대향 면들에 있고 그리고 중앙 기둥에 대체로 평행한 신장된 베이스들 각각으로부터 연장될 수 있으며, 상기 제 1 부분은 중앙 기둥들을 포함하고 상기 제 2 부분은 측면 기둥들을 포함한다. 몇몇 실시형태들에서, 제 1 파트 및 제 2 파트 각각은 대체로 평면인 베이스들을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 베이스들로부터 대체로 수직으로 연장되고, 그리고 상기 제 2 부분은 상기 베이스들로부터 대체로 수직이고 그리고 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 연장되는 대체로 환형인 플랜지를 형성한다.
방사선원은, 강자성 코어의 제 1 부분에 의해 한정된 갭에 가까운 영역을 조사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방사선원은, 제 1 부분에 의해 한정된 세로 축에 걸쳐 대칭인 갭을 주위의 영역을 조사하도록 구성될 수 있다. 방사선원은 각각 상이한 파장들의 방사선을 방출하도록 구성된 적어도 2개의 발광 다이오드들을 포함할 수 있다. 방사선원은 제 1 파트 및 제 2 파트와 연관된 베이스들 중 하나를 통해 연장되고 제 2 부분에 의해 형성된 플랜지와 제 1 부분 사이에 배치되는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태들에서, 방사선원은, 베이스들 중 각각의 베이스들을 통해 연장되고 그리고 플랜지와 제 1 부분 사이에 각각 배치되는 적어도 2개의 발광 다이오드들을 포함할 수 있다. 방사선원은, 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 배치되고 그리고 플랜지와 제 1 부분 사이의 베이스들 중 하나를 통해 연장되는 복수의 발광 다이오드들을 포함할 수 있고, 베이스들 중 다른 베이스를 통해 유사하게 연장되는 다른 복수의 발광 다이오드들을 포함할 수 있다.
방사선원은 스위칭 주파수에서 간헐적으로 방사선을 방출하도록 구성된다. 장치는 강자성 코어의 제 1 부분에 의해 한정된 갭 내에 반도체 재료의 시료를 수용하도록 구성될 수 있다. 방사선원은, 시료에서 광전도성을 발생시키도록 구성된 방사선을 이용하여 시료를 간헐적으로 조사하도록 구성될 수 있다. 스위칭 주파수는 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 낮거나 또는 대략 그 정도일 수 있다. 공진 회로는 측정 주파수 전압과 연관될 수 있고 조정가능한 구동 전류를 제공하도록 구성된 구동 전류원을 포함할 수 있어서 공진 회로 양단의 측정 주파수 전압이 일정하게 유지된다. 장치는 시료의 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 많은, 시료를 조사하기 시작하고 중지한 이후의 시간들에서 구동 전류 값들을 수집하도록 구성된 데이터 획득 시스템을 더 포함할 수 있다. 데이터 획득 시스템은 또한 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 높은 데이터 수집 주파수로 그리고 시료를 조사하기 시작하고 중지한 직후의 시간들에서 구동 전류 값들을 수집하도록 구성될 수 있다.
다른 양상에서, 강자성 코어를 포함하는 장치가 제공된다. 코어는 갭을 한정하고, 제 1 부분 바깥쪽에 있는 자기장의 측방 확산이 억제되도록 제 1 부분 둘레에 권선된 인덕터에 의해 확립된 자기장을 제 1 부분을 따라 지향시키고, 그리고 갭에 걸쳐 대체로 균일하게 자기장을 지향시키도록 구성되는 제 1 부분을 구비할 수 있다. 코어의 제 2 부분은 제 2 부분을 따라 그리고, 제 1 부분과 함께, 폐루프 안쪽으로 자기장을 지향시키도록 구성될 수 있다. 방사선원은 강자성 코어에 통합될 수 있다.
또 다른 양상에서, 반도체 시료들에서 소수 캐리어 수명들을 결정하기 위한 방법과 같은 방법이 제공된다. 이 방법은 공진 회로, 강자성 코어, 및 방사선원을 구비하는 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 공진 회로는 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있고 공진 회로 양단의 측정 주파수 전압과 연관된 측정 주파수에서 공진하도록 구성될 수 있다. 강자성 코어는, 갭을 한정하고, 제 1 부분 바깥쪽에 있는 자기장의 측방 확산이 억제되도록 인덕터에 의해 확립된 자기장을 제 1 부분에 따라 지향시키고, 갭에 걸쳐 대체로 균일하게 자기장을 지향시키도록 구성된 제 1 부분을 포함할 수 있다. 강자성 코어는 또한 제 2 부분을 따라 그리고, 제 1 부분과 함께, 폐루프 안쪽으로 자기장을 지향시키도록 구성된 제 2 부분을 포함할 수 있다. 방사선원은 강자성 코어의 제 1 부분에 의해 한정된 갭에 가까운 영역을 조사하도록 구성될 수 있다.
시료가 공진 회로에 전자기적으로 결합될 수 있고, 인덕터에 의해 확립된 자기장이 시료의 제 1 부분을 통해 대체로 균일하게 연장되도록 시료의 제 1 부분이 갭 내에 배치된다. 공진 회로의 구동 전류는 측정 주파수 전압을 일정하게 유지하기 위해서 조정될 수 있다. 광전도성을 발생시키도록 구성된 방사선을 이용하여 제 1 부분에 가까운 영역에서, 일 스위칭 주파수로, 시료를 간헐적으로 조사할 수 있다. 스위칭 주파수는 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 낮거나 또는 대략 그 정도일 수 있다.
이 방법은, 예를 들어, 시료를 조사하는 동안 그리고 시료를 조사하지 않는 경우 둘 모두에 대해 구동 전류를 측정함으로써 시료에 대한 소수 캐리어 수명을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구동 전류는 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 높은 샘플링 레이트로 그리고 시료를 조사하기 시작하고 중지한 직후의 시간들에서 샘플링될 수 있다. 시료를 조사하는 것을 중지한 이후에 그리고 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스와 동일한 시간 이내에, 측정된 시간적(temporal) 구동 전류 데이터에 대한 함수 근사치가 결정될 수 있다. 시료의 조사와 중지 간의 차를 구하기 위해서, 시료를 조사하기 시작하고 중지한 이후 준-정상 상태(quasi-steady state) 구동 전류가 측정될 수 있다. 이 차가 스케일링되고 출력으로서 제공될 수 있다.
몇몇 실시형태들에서, 제 1 특성 파장의 방사선을 이용하여 시료를 간헐적으로 조사하고 그 후에, 제 1 특성 파장과는 상이한 제 2 특성 파장의 방사선을 이용하여 시료를 간헐적으로 조사할 수 있다. 몇몇 실시형태들에서, 시료의 상이한 부분들이 강자성 코어의 제 1 부분에 의해 한정된 갭 내에 배치되도록 시료를 반복적으로 재배치시킬 수 있다. 시료의 각각의 반복된 재배치에 응답하여 구동 전류가 반복적으로 측정될 수 있다.
다른 양상에서, 반도체 시료의 소수 캐리어 수명을 측정하기 위한 툴과 같은 장치가 제공된다. 장치는 제 1 파트와 제 2 파트 사이의 갭을 한정하는 대향하는 제 1 파트 및 제 2 파트를 포함하는 강자성 코어를 포함한다. 상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각은, 베이스, 베이스로부터 연장된 대체로 환형인 플랜지, 및 베이스 및 플랜지의 방사상 내부로부터 연장된 튜브형 부분을 포함할 수 있다. 제 1 전도체 코일은 제 1 파트와 연관된 튜브형 부분 둘레로 연장될 수 있고, 제 2 전도체 코일은 제 2 파트와 연관된 튜브형 부분 둘레로 연장될 수 있다. 방사선원은, 갭 내에 배치된 웨이퍼를 조명하기 위해서, 제 1 파트와 제 2 파트 사이에 한정된 갭의 적어도 일부분을 조사하도록 구성될 수 있다. 제 1 전도체 코일에 의해 생성된 자기장이 제 2 전도체 코일에 의해 생성된 자기장과 대체로 일직선에 있도록, 제 1 전도체 코일과 제 2 전도체 코일이 가변 전력원과 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시형태들에서, 튜브형 부분은 방사선원으로부터 방출된 방사선에 대하여 투명(transparent)할 수 있다.
본 발명의 일반적인 언어로 설명되었기 때문에, 이제 첨부된 도면들에 대하여 참고가 이루어질 것이며, 첨부된 도면들은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니다.
도 1은 반도체 재료의 시료에서 소수 캐리어 수명 측정들을 실시하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따라 구성된 소수 캐리어 수명 측정 툴의 개략도이다.
도 3은 예시적인 실시형태에 따라 구성된 강자성 코어의 투시도이다.
도 4는 도 3의 평면 p를 따라 절단된 도 3의 코어의 투시도이다.
도 5는 도 4의 코어의 부분 분해조립 투시도이다.
도 6은 하부(underlying) 발광 다이오드들을 드러내 보이기 위해 디퓨저가 제거되어 있는 도 5의 코어의 상면도이다.
도 7은 도 3의 평면 7-7을 따라 절단된 도 3의 코어의 횡단면도이다.
도 8은 도 3의 평면 8-8을 따라 절단된 도 3의 코어의 횡단면도이다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 소수 캐리어 수명 측정 툴의 개략도이다.
도 10은 소수 캐리어 수명들을 측정하기 위해 툴의 일부로서 사용하기 위한코어의 개략적인 횡단면도이고, 코어는 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된다.
도 1은 반도체 재료의 시료에서 소수 캐리어 수명 측정들을 실시하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따라 구성된 소수 캐리어 수명 측정 툴의 개략도이다.
도 3은 예시적인 실시형태에 따라 구성된 강자성 코어의 투시도이다.
도 4는 도 3의 평면 p를 따라 절단된 도 3의 코어의 투시도이다.
도 5는 도 4의 코어의 부분 분해조립 투시도이다.
도 6은 하부(underlying) 발광 다이오드들을 드러내 보이기 위해 디퓨저가 제거되어 있는 도 5의 코어의 상면도이다.
도 7은 도 3의 평면 7-7을 따라 절단된 도 3의 코어의 횡단면도이다.
도 8은 도 3의 평면 8-8을 따라 절단된 도 3의 코어의 횡단면도이다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 소수 캐리어 수명 측정 툴의 개략도이다.
도 10은 소수 캐리어 수명들을 측정하기 위해 툴의 일부로서 사용하기 위한코어의 개략적인 횡단면도이고, 코어는 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된다.
이제, 이하에서 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명을 더욱 완전히 설명할 것이며, 첨부된 도면들에서 본 발명들의 모든 실시형태들이 아닌 일부만이 도시된다. 확실히, 이들 발명들은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있고 여기에 제시된 실시형태들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며; 오히려, 이들 실시형태들은, 본 개시물이 적용가능한 법적 요건들을 만족하도록 제공된다. 유사한 도면번호들은 전체에 걸쳐서 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1을 참고하면, 도면에는 반도체 재료의 시료(s)("시료(sample)")에서 소수 캐리어 수명 측정들을 실시하기 위한 시스템(10)의 개략도가 도시되며, 이 시스템은 예시적인 실시형태에 따라 구성된다. 시스템(10)은 방사선원 모듈(14)과 통신하는 신호 생성 모듈(12)을 포함한다. 아래에 추가로 논의될 바와 같이, 신호 생성 모듈(12)은, 예를 들어, 시료(s)가 상호작용하는 오실레이팅 전자기장의 형태로, 프로브 신호(p)를 생성하도록 동작한다. 시료(s)가 프로브 신호(p)와 상호작용함에 따라, 프로브 신호는 (다른 것들 중에서도) 시료의 소수 캐리어 파퓰에이션과 관련된 양만큼 감쇠된다. 따라서, 신호 생성 모듈(12)은 프로브 신호(p)를 생성하기에 적합한 회로 및 전기 컴포넌트들(능동 및 수동 둘 모두)을 포함할 수 있다. (아래에 논의된) 몇몇 실시형태들에서, 신호 생성 모듈(12)은, 프로브 신호(p) 및 시료(s)를 효과적으로 결합하기 위한, 시료 계면과 같은 구조들을 포함할 수 있다.
방사선원 모듈(14)은 시료(s)를 주기적으로 조사(irradiating)(r)하기 위한 하나 또는 그 초과의 발광 다이오드들("LED들')과 같은 방사선원을 포함할 수 있다. 이후에 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 조사(r)의 일부 부분이 시료(s)에 의해 흡수될 수 있고, 이것에 의해 시료의 소수 캐리어 파퓰레이션이 변경된다. 방사선원 모듈(14)은 또한 방사선원 모듈로부터 제공된 방사선의 강도를 제어하기 위한 전자기기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우들에서, 방사선원 모듈(14)과 연관된 전자기기들은 방사선 강도 센서 및 피드백 회로를 포함할 수 있으며, 이 둘은 방사선 강도의 스퓨리어스 섭동들을 함께 보상한다. (아래에 논의된) 몇몇 실시형태들에서, 방사선원 모듈(14)은 시료(s)의 조사 및 시료와 프로브 신호(p)의 유효 결합을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
시스템(10)은 또한 시료(s)의 소수 캐리어 파퓰레이션의 시간적 변경들을 나타내는 데이터를 수집하기 위한 데이터 수집 및 처리 모듈(16)을 포함한다. 데이터 수집 및 처리 모듈(16)은, 시료의 소수 캐리어 수명을 나타내는 출력들(o1, o2, o3)을 제공하기 위해서, 신호 생성 모듈(12) 및 방사선원 모듈(14) 둘 모두와 통신하고, 데이터를 프로브 신호(p) 및 조사(r)와 상관시키는 것을 포함하여, 데이터(d)를 처리할 수 있다. 몇몇 경우들에서, 데이터 수집 및 처리 모듈(16)은 신호 생성 모듈(12)과 적어도 부분적으로 통합되어, 프로브 신호 생성과 프로브 신호의 감쇠의 측정(또는 이러한 감쇠를 다른 방식으로 방지하기 위해 들여야하는 노력)이 함께 이루어질 수 있다.
도 2를 참고하면, 도 2에는 소수 캐리어 수명을 측정하기 위한 툴(122)이 도시되며, 이 툴은 다른 예시적인 실시형태에 따라서 구성된다. 툴(122)은 인덕터(126) 및 커패시터(128)를 가진 마지널 오실레이터(124)의 형태의 공진 회로를 포함한다. 마지널 오실레이터(124)는 측정 주파수 전압과 연관되는 측정 주파수(fm)에서 공진하도록 구성된다. 마지널 오실레이터(124)는 또한, 아래에 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 마지널 오실레이터의 동작을 용이하게 하는 전압 및/또는 전류원과 같은 컴포넌트들(130) 및 다른 회로를 포함할 수 있다. 툴(122)은 또한 아래에 설명되는 강자성 코어(100)를 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 강자성 코어(100)는 제 1 부분(102) 및 제 2 부분(104)을 가질 수 있고, 제 1 부분은 갭(106)을 한정한다. 제 2 부분(104)은 또한 갭(108)을 한정할 수 있는데, 갭(108)은 제 1 부분(102)의 갭(106)과 일직선이 된다. 코어(100)는 대향하는 제 1 파트(110)와 제 2 파트(112)를 포함할 수 있고, 제 1 파트와 제 2 파트 각각은 제 1 부분(102)의 적어도 일부와 제 2 부분(104)의 적어도 일부를 형성한다. 몇몇 실시형태들에서, 제 1 파트(110) 및 제 2 파트(112)는 서로 무관할 수 있고 갭(106)(및 또한 갭(108))을 따라 지향된 평면(p)에 걸쳐서 대체로 대칭이다. 이러한 구성은 웨이퍼의 형태의 시료가 갭(106) 내에 배치되게 할 수 있으며 갭 내의 부분으로부터 측방로 일정간격으로 떨어져 있는 시료의 부분들에 여유를 제공한다. 코어(100)는 추가적으로, 또는 선택적으로, 제 1 부분(102)으로 한정된 세로 축(a)에 대하여 방사상으로 대칭인 것이 일반적이다.
몇몇 실시형태들에서, 제 1 파트 및 제 2 파트(110, 112)는 각각 대체로 평면인 베이스들(114a, 114b)을 포함한다. 제 1 부분(102)은 베이스들(114a, 114b) 각각으로부터 대체로 수직으로 연장되어 있을 수 있다. 제 2 부분은, 베이스들(114a, 114b) 각각으로부터 대체로 수직으로 연장되고 또한 제 1 부분(102) 둘레에 원주방향으로 대체로 환형인 플랜지(116)를 형성할 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 제 1 파트 및 제 2 파트(110, 112) 각각은 흔히 "포트 코어(pot core)"로 지칭되는 것의 형상을 가정하며, 베이스 플레이트로부터 중앙 기둥(central post)이 융기되어 있고 환형 플랜지로 둘러싸인다. 이후 코어(100)는 대향하는 포트 코어들(118)로 (적어도 부분적으로) 이루어질 수 있으며, 제 1 부분(102)은 포트 코어들 각각의 중앙 기둥들(120)을 포함하고 제 2 부분(104)은 베이스 플레이트들(114a, 114b)과 포트 코어들 각각의 환형 플랜지들(116)을 포함한다.
제 1 부분(102) 및 제 2 부분(104) 각각은, 마지널 오실레이터(124)가 동작중일 경우 인덕터(126)에 의해 확립된 자기장(B)을 따라 각각 지향되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 인덕터(126)는 제 1 부분(102) 둘레에 원주방향으로 연장되는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다. 필요하다면, 코일은 제 1 부분(102)으로부터 정전기적으로 차폐될 수 있다.
도 2 내지 도 8을 참고하면, 제 1 부분(102)은 이것이 제 1 부분을 따라 지향됨에 따라 자기장(B)이 측방로 확산되는 것을 억제하고, 갭(106)에 걸쳐 대체로 균일한 자기장을 지향시키는 경향이 있을 수 있다. 제 2 부분(104)은, 제 1 부분(102)과 함께, 폐루프 안쪽으로 자기장을 지향시키도록 구성될 수 있다. 물론, 어떠한 바디들 또는 힘들이 자기장을 지향시키는데 작용을 하든지 하지 않든지 간에 자기장 선들은 항상 폐루프들을 형성하지만, 자기장이 이와 다르게 경험하지 않는 방식으로 제 1 부분 및 제 2 부분이 자기장(B)을 특별하게 지향시키도록 역할을 할 수 있다. 제 1 파트(110) 및 제 2 파트(112)는, 코어(100)의 2개의 파트들을 서로 대향하게 홀딩하는 역할을 하는 지지 구조체(미도시)에 결합될 수 있다. 지지 구조체는 강자성 또는 비강자성 재료 중 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있고, 전도성 또는 절연성 중 어느 하나 일 수 있고, 어떤 경우, 코어(100)에 의한 자기장(B)의 형상에 영향을 거의 주지 않는다.
툴(122)은 하나 또는 그 초과의 LED들(132)과 같은 방사선원을 추가로 포함할 수 있다. LED들(132)은 제 1 부분(102) 내 갭(106)에 가깝게 있는 영역을 조사하도록 구성될 수 있다. LED들(132)이 제 1 부분(102)과 플랜지(116) 사이에 배치되도록 베이스들(114a, 114b) 중 하나 또는 둘 모두를 통해 연장될 수 있다. LED들(132)은 스위칭 주파수(fs)로 간헐적으로 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, LED들(132)의 동작은 LED들에 전력을 공급할 수 있는 LED 제어기(134)에 의해 제어될 수 있고 따라서 조명의 강도 및 타이밍(즉, LED들이 활성인 시기와 활성이 아닌 시기)을 제어할 수 있다. LED들이 스위칭 주파수에서 활성화되고 비활성화되도록, LED 제어기(134)가 스위칭 주파수(fs)에서 오실레이팅하는 오실레이터를 포함하거나 오실레이터와 통신할 수 있다. LED 제어기(134)와 도 8에 도시된 LED들(132)의 서브셋 간의 연결만이 도시되었지만, LED들 모두는 LED 제어기에 연결될 수 있고, 또는 다수의 LED 제어기들이 사용될 수 있다는 것이 명백하다.
LED들(132)은, 예를 들어, 갭(106) 둘레에 대략 방사상으로 대칭인 영역을 조사하도록 제 1 부분(102) 둘레에 링 패턴으로 배열될 수 있다. 각각의 LED들(132)은 상이한 길이들의 방사선을 조사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 베이스들(114a, 114b)은 특정 파장의 방사선을 방출하는 LED들(132)을 포함할 수 있어서, 제 1 파장의 방사선이 일 베이스에 포함된 LED들로부터 방출되고 제 2 파장의 방사선이 다른 베이스에 포함된 LED들로부터 방출된다. 대안으로, 각각의 베이스(114a, 114b)는 다수의 파장들로 방사선을 방출하도록 구성된 각각의 LED들을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 일 베이스는 제 1 및 제 2 파장에서 방사선을 방출하는 각각의 LED들을 구비하고 다른 베이스는 제 3 및 제 4 파장에서 방사선을 방출하는 각각의 LED들을 구비한다. 베이스(114a, 114b)가 방사선의 균일한 파장 또는 다양한 파장들을 방출하는 LED들(132)을 포함하는지를 불문하고, 예를 들어, 상이한 파장들의 LED들의 방사상 대칭인 링들을 끼움으로써 방사상으로 대칭인 방사선을 방출하도록 LED들이 배열될 수 있다.
몇몇 실시형태들에서, 각각 상이한 파장들의 방사선으로 시료를 순차적으로 조사하는 것은 이점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 상이한 파장들의 방사선은 상이한 깊이들로 시료를 관통할 수 있다. 방사선이 시료에 상대적으로 깊게 침투하는 경우, 방사선과 시료 표면 사이의 상호작용의 효과는 방사선이 상대적으로 얕게 유지되는 경우들에서 보다 전체 측정에 대하여 덜 중요하게 되는 경향이 있을 것이다. 따라서, 방사선 주파수를 달리하는 LED들을 이용하는 것은 시료의 표면을 특성화하기 위해 허용할 수 있다.
코어(100) 및/또는 방사선원은 또한, LED들(132)에 인접하게 배치되고 제 1 부분(102)과 플랜지(116) 사이의 공간에 있는 광학 디퓨저(136)를 포함할 수 있다. 디퓨저(136)는 LED들(132)의 별개의 출력들을 수신하고 더욱 공간적으로 균일한 방사선을 방출하도록 동작한다.
동작 시, 소수 캐리어 수명 측정 툴(122)은 반도체 재료의 웨이퍼와 같은 시료(s)를 수용하여, 이 시료의 일 부분이 갭(106) 내에 배치되도록 구성될 수 있다. 이 방식으로, 기능 마지널 오실레이터(124)의 인덕터(126)에 의해 확립된 자기장이 갭(106) 내에 배치된 시료(s)의 부분을 통해 대체로 균일하게 확장될 수 있고, 이것에 의해 시료가 마지널 오실레이터에 전자기적으로 결합된다. 시료(s)의 오실레이터(124)로의 이 전자기적 결합은 시료에서 와전류들(eddy currents)을 유발하는 경향이 있는데, 와전류들은 오실레이터(124)로부터의 에너지를 소멸시킨다. 와전류들의 크기들 및 발생하는 에너지 손실들은 시료(s)의 전도율(σ) 및 두께(t)와 관련되며, 이 전도율는 시료에서의 캐리어들 모두의 밀도와 이들 캐리어들의 이동성의 곱과 관련된다.
툴(122)은 여러 가지 방식들로 오실레이터(124)에 의해 경험된 손실들을 모니터링하는 것을 허용한다. 일 경우, 마지널 오실레이터(124) 양단의 전압(예를 들어, 도 8의 지점 x와 지점 y 사이의 전압 차 또는 측정 주파수 전압)은 변화에 대하여 모니터링될 수 있다. 모든 경우들에서, 마지널 오실레이터(124)는 마지널 오실레이터(124) 양단의 전압을 유지하는데 충분한 전류를 공급하도록 구성된 전류원(도 8에 도시되지 않았지만, 이후에 보다 상세하게 논의됨)을 필수적으로 포함한다. 여기서 이 전류는 때때로 "구동 전류"으로 지칭되고, 연관된 전류원은 "구동 전류원"으로 지칭된다. 따라서, 전류원의 출력은 오실레이터(124)의 손실들을 나타내고 이 양이 모니터링된다. 이러한 측정들의 기초한 이론에 관한 더 많은 상세들은 밀러(Miller) 등에 의한 미국 특허 번호 제4,286,215호에 제공되며, 상기 미국 출원의 내용은 그의 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
시료(s)의 소수 캐리어들의 밀도는 LED들(132)을 이용하여 변조될 수 있다. 시료(s)는, 가전자대로부터 밴드갭을 거쳐 전도대로 전자들을 여기시키는데 필요한 주파수와 동일하거나 그보다 더 높은 주파수의 방사선("밴드갭 보다 높은" 방사선)으로 조명될 수 있고, 이것에 의해 이 시료에서 정공-전자 쌍들을 생성한다. 이러한 추가적인 캐리어들의 존재는 시료의 전도율("광전도성"으로 지칭됨)을 증가시킨다. 조사의 시작 시 전도율이 단조적으로 증가하고, 조사의 중지 시 전도율이 조사가 부존재하는 값(즉, 그의 평형 값)으로 지수적으로 감소한다. 조사 시작 이후 전도율의 증가는
로 기술될 수 있으며, 
는 광전도성이 가져온 시료의 전도율의 변화이고, 
는 정공 및 전자 이동성들의 합이고, τ는 유효 소수 캐리어 수명과 동일한 시상수이고, t는 LED를 턴 온한 이후 경과된 시간이다. 다소 유사한 식이 조사의 중지 이후 시료의 전도율의 감소를 좌우한다는 것을 주목한다.
툴(122)은 소수 캐리어 수명을 측정하는 여러 가지 상이한 방법들을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 첫 번째 방법은 광전도성 감쇠(PCD)의 방법이고, 이 방법에서 특징이 되는 시료는 밴드갭 보다 높은 방사선에 의해 간헐적으로 조명된다. 간헐적인 조명은, (예상된) 유효 소수 캐리어 수명의 인버스(inverse)보다 더 낮거나 또는 대략 그 정도인 스위칭(즉, 온/오프) 주파수(fs)에서 제공될 수 있다. 조사의 각각의 중지 직후, 시간의 함수로서 시료(s)의 전도율(τ)의 감소가 측정될 수 있다. 이들 데이터에 대한 지수적인 감쇠를 피팅함으로써, 유효 소수 캐리어 수명이 결정될 수 있다.
PCD 방법은 "자가-교정"이 있는 유익한 특징을 나타내며, 이는, 이 방법을 이용하여 획득된 결과들은 상대적인 것이 아니고, 캐리어 수명의 객관적인 측정치들이라는 것을 의미한다. 그러나, 이 방법은, 측정 시스템에 대한 응답이 시료 수명들에 비하여 매우 빠른 측정 시스템을 필요로 한다. 따라서, PCD 방법은 상대적으로 긴 유효 소수 캐리어 수명(예를 들어, 대략 10㎲ 또는 그 보다 많음)을 가진 시료들 및/또는 대형 반도체 단결정 잉곳들에서의 수명의 결정에 용이하게 적용가능한 반면, 이 방법은 유효 소수 캐리어 수명이 상대적으로 짧은(예를 들어, ≤약 50㎲) 시료들에서의 유효 소수 캐리어 수명들을 측정하는데 보더 덜 유용한 경향이 는데, 통상적으로 이러한 시료들의 감도는 수용가능한 신호-대-잡음 비를 산출하는데 충분하지 않기 때문이다.
상술된 바와 같이 구성된 툴에 의해 이용가능할 수 있는 두 번째 캐리어 수명 측정 방법은 가브리엘 엘. 밀러(Gabriel L. Miller)에 의한 미국 특허 번호 제4,286,215호에 설명되는 방법이며, 상기 미국 출원의 내용은 그의 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다. PCD 방법과 함께, 이 방법은 여기에서 "GTAU 방법"으로 지칭되고, (예상된) 유효 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 낮거나 또는 대략 그 정도인 스위칭 주파수(fs)에서 간헐적으로, 밴드갭 보다 높은 방사선으로 시료(s)를 조사하는 것을 포함한다. 그러나, GTAU 방법에서, 시료(s)의 전도율(τ)은, τ에 비해 큰 시간인 LED들(132)의 활성화 및 불활성화 이후의 시간들 동안 측정된다. 따라서, 측정되는 전도율은 사실상 조명 상태 동안의 정상 상태 전도율 (즉, LED들(132)이 방사선을 방출하고 있을 경우의 전도율) 그리고 비조명 또는 "흑화(darkened)" 상태 동안의 정상 상태 전도율이다. 식 (1)로부터, 조명 상태와 흑화 상태의 정상 상태 전도율 사이의 차가 곱 
에 비례한다는 것이 명백하다. 또한, 시료의 조사 시작 시의 전도율의 증가는 정상 상태 값에 비대칭적으로 접근할 것이다(조사의 중지 시 전도율이 감소하게 될 것과 마찬가지이다).
적절한 조건들 하에서, PCD 방법과 GTAU 방법 중 어느 하나 또는 둘 모두가 소수 캐리어 수명 측정 툴(122)과 함께 사용될 수 있다. 데이터 획득 및 처리 컴포넌트들(138)은 (마지널 오실레이터 양단의 전압의 표시, 즉, 공칭 진폭에서 오실레이터의 오실레이션들의 진폭을 유지하기 위해 필요한 구동 전류의 크기 또는 측정 주파수 전압) 마지널 오실레이터(124)로부터 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 데이터 획득 및 처리 컴포넌트들(138)은 또한 LED들(132)의 강도 및 스위칭 주파수를 나타내는 LED 제어기(134)로부터의 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 이들 데이터 모두는 이후의 분석을 위해 저장되거나 또는 시료의 전도율에 관하여 사용자에게 출력들을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시형태들에서, 시료(s)는, 시료의 상이한 부분들이 페라이트 포트 코어(106)의 2개의 반쪽들 사이의 갭에 배치되도록 툴(122)에 반복적으로 재위치될 수 있다. 시료(s)의 전도율은 시료의 각각의 재배치 때문에 재측정될 수 있다. 데이터 획득 및 처리 컴포넌트들(138)은 전도율 데이터에 추가하여 시료의 이동들에 관한 데이터를 수신하도록 구성될 수 있어서, 소수 캐리어 수명 "맵"을 생성하기 위해 소수 캐리어 수명이 시료 내의 공간적 위치에 대해 상관될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 상술된 실시형태들에 따라 구성된 툴은 코어의 제 1 부분에 의해 한정된 갭에 걸쳐 실질적으로 균일하게 자기장을 지향시키는 경향이 있을 수 있다. 몇몇 경우들에서, 이는 갭 내의 시료의 간격 그리고 코어의 제 1 부분의 어느 한 부분에 관한 측정들의 감도를 감소시킬 수 있다. 이는 또한, 단일의 툴 내에서 GTAU 및 PCD 측정 방법들 둘 모두를 수행하는 능력은, 상기 논의에 따라 구성된 실시형태들에서 제공될 수 있는 바와 같이, 중요한 이점들을 갖는다는 것을 주목한다. 앞서 언급된 바와 같이, GTAU 방법은, PCD 방법에 비해, 상대적으로 더 우수한 SNR을 갖고 더 짧은 소수 캐리어 수명들을 측정하는 것이 가능하다. 그러나, GTAU 측정들의 결과들은, 이들이 광 강도에 의존하기 때문에 절대적인 것이 아니다. 대안으로, PCD 방법은, SNR과 짧은 캐리어 수명들을 측정하기 위한 능력 둘 모두에서 상대적으로 불량하지만 절대적인 측정이다. 따라서, 이들 방법들은 상보적일 수 있는데, PCD 방법은 GTAU 방법 결과를 교정하는 역할을 하고 이후 GTAU 방법은 짧은 소수 캐리어 수명들 동안 고 품질의 측정들을 제공한다.
도 9를 참고하면, 도 9에는 소수 캐리어 수명을 측정하기 위한 툴(222)이 도시되며, 이 툴은 다른 예시적인 실시형태에 따라 구성된다. 툴은 인덕터(226) 및 커패시터(228)를 구비한 마지널 오실레이터(224)를 포함하고 측정 주파수 전압과 연관되는 측정 주파수(fm)에서 공진하도록 구성된다. 예를 들어, 인덕터에 의해 생성된 자기장들이 시료로 연장되도록 배치됨으로써, 반도체 시료(s)를 마지널 오실레이터(224)에 전자기적으로 결합하는 것을 용이하게 하도록 인덕터(226)가 구성될 수 있다. 상술된 바와 같이, 코어(100)는 시료(s)를 마지널 오실레이터(224)에 전자기적으로 결합하는 것을 향상시킨다.
마지널 오실레이터(224)는 전압 조절 회로(240)를 필수적으로 포함한다. 전압 조절기(240)는 (정류기(244)에 의한 출력으로서)오실레이터(224) 양단의 전압과 기준 전압원(246) 사이의 차를 출력하는 비교기(242)를 포함할 수 있다. 비교기(242)로부터의 출력이 에러 적분기(248)로 전달되고, 에러 적분기(248)는 전류원(구동 전류원)(250)을 제어하여 인덕터(226) 양단의 전압과 레퍼런스 전압원(246) 사이의 차를 최소화하도록 의도되는 전류(구동 전류)를 출력한다.
마지널 오실레이터(224)의 실시형태들은 이전에 개시된 반도체 소수 캐리어 수명 측정 시스템에 대한 실시형태에 비해 향상된 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 실시형태들은 오실레이터의 개선된 신호-대-잡음 비(SNR)를 보여줄 수 있다.
툴(222)은 또한 LED들의 동작을 제어하도록 구성된 LED 드라이버(254)와 통신하는 하나 또는 그 초과의 LED들(232)을 포함한다. LED들(232)의 스위칭 주파수(fs)가 오실레이터의 오실레이션의 주파수와 일치하도록, LED 드라이버(254)는 오실레이터(256)로부터 신호를 수신할 수 있다. LED들(232)은, 예를 들어, (공칭으로) 100Hz의 스위칭 주파수(fs)에서(즉, 5 밀리초 "온" 다음 5 밀리초 "오프"), LED 드라이버(254)에 의해 구동될 수 있다.
동작 시, 측정 주파수 전압과 연관된 측정 주파수(fm)에서 오실레이팅하는 마지널 오실레이터(224)에 시료가 전자기적으로 결합되도록, 툴(222)은 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 재료의 시료(s)를 수용하도록 구성될 수 있다. 오실레이터(224)가 에너지를 시료에 전달함에 따라, 구동 전류가 전압 조절기(240)에 의해 자동으로 조정되어, 측정 주파수 전압을 일정하게 유지시킨다. 상기 논의된 바와 같이, 구동 전류원(250)에 의해 공급되는 구동 전류는 측정되는 시료의 시트 전도율을 나타낸다.
시료(s)는 밴드갭 보다 높은 방사선으로 간헐적으로 조사될 수 있다. 이 간헐상태는 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 낮거나 또는 대략 그 정도인 스위칭 주파수(fs)에 있을 수 있다. 시료(s)의 조사의 시작 및 중지 각각에 있어서, 오실레이터(224)에 대한 부하가 변할 것이기 때문에, 결과적으로, 시료의 전도율이 변할 것이다. 오실레이터(224)에 대한 부하의 이러한 변화는 오실레이션들의 진폭을 감소시키는 경향이 있을 것이고, 구동 전류원(250)은 상기 공진 회로 양단의 측정 주파수 전압을 일정하게 유지(즉, 안정화)시키도록 동작한다. 구동 전류원(250)에 의해 제공된 구동 전류는, 시료 전도율을 결정하고 그로부터 시료의 소수 캐리어 수명을 결정하기 위해 계속적으로 모니터링될 수 있다.
구동 전류의 모니터링은, 아마도 데이터 획득 디바이스를 이용하여, LED들(232)의 상태 및 시간(그로부터 방사되는 방사선의 강도)의 함수로서 구동 전류 데이터를 저장하는 것을 포함할 수 있다. 측정 주파수 전압은 또한 구동 전류 데이터와의 상관관계에 대해 레코딩될 수 있다. 구동 전류는 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 높은 샘플링 레이트로 샘플링될 수 있으며, 이것에 의해, 조사 중지 직후 전도율의 감소에 대해 PCD 커브-피팅을 가능하게 하기에 충분한 데이터의 수집이 허용된다. 예를 들어, 구동 전류는 고속 아날로그-디지털 변환기(예를 들어, 초당 106 변환들을 제공)에 의해 디지털화될 수 있다. 몇몇 실시형태들에서, 높은 샘플링 레이트가 LED들(232)이 턴 온 및 턴 오프되는 시간 주변에서 사용되고, 더 낮은 샘플링 레이트가 다른 시간들에서 사용되도록, 구동 전류 데이터에 대한 샘플링 레이트가 오실레이터(256)와 싱크될(synched) 수 있다.
툴(222)에 의해 수집된 데이터는 다양한 방법들로 제공될 수 있다. 시간적 구동 전류 데이터는, 오랜 수명의 샘플들에 대해 직접적으로 소수 캐리어 수명을 획득하기 위해서 식(1) 및 신호의 감쇠에 대한 관련 식에 의해 피팅될 수 있다. 이것은 "PCD 출력"으로 지칭된다(도 9 참조). 대안으로, 구동 전류 변조가 소수 캐리어 수명에 비례하는 경우, 소수 캐리어 수명을 나타내기 위해 구동 전류 그 자체가 (예를 들어, 오실레이터(256)와 동기화된 록-인 증폭기에 의해) 적절하게 증폭될 수 있다. 이 출력은 "GTAU 출력"으로 지칭된다. 또 다른 대안으로서, 시료의 전도율(이 시료의 전도율로부터 GTAU 출력이 유도되었음)이 리포트될 수 있다. 이 출력은 "시트 전도도 출력"으로 지칭되고, 공지된 시트 전도도의 하나의 시료를 이용함으로써 계산된다. 이들 출력들 중 어느 것 또는 모두는 단일 샘플에 대해 필수적으로 동시에 제공될 수 있다는 것을 주목한다.
전반적으로, 상술된 실시형태들에 따라 구성된 시스템은 마이크로초 내지 수 밀리초의 십분의 일보다 더 적은 시간으로부터, 반도체 소수 캐리어 수명들의 측정을 가능하게 할 수 있으며, 각각의 측정은 대략 2분의 1초가 걸린다. 측정들은 PCD 방법 및 GTAU 방법을 이용하여 수행될 수 있고, PCD 방법은 내재적인 교정을 제공하고 GTAU 방법은 짧은 수명 측정들을 용이하게 하고 개선된 SNR을 제공한다. 시트 전도도가 또한 리포팅될 수 있고, 3개의 측정들(PCD, GTAU 및 시트 전도도) 모두로부터의 출력들은 사용자에 대하여 이용가능할 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 10에는 소수 캐리어 수명들을 측정하기 위한 툴(예를 들어, 도 2의 툴(122))의 일부로서 사용하기 위한 코어(300)의 개략적인 횡단면도가 도시되며, 코어는 다른 예시적인 실시형태에 따라 구성된다. 코어(300)는 웨이퍼(w)에 대해 소수 캐리어 수명을 측정하기 위해 웨이퍼(w)를 수용하도록 구성된 갭(306)을 형성하기 위해 일정 간격 떨어져 대향하는 제 1 파트(310)와 제 2 파트(312)를 포함할 수 있다. 제 1 파트(310)와 제 2 파트(312) 각각은 대체로 평면인 베이스들(314a) 및 대체로 환형인 플랜지(316)를 구비할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, LED들(332)은 베이스(314)를 통해 연장될 수 있다.
각각의 파트(310, 312)는 또한 베이스(314)로부터 연장된 각각의 튜브형 부분(360a, 360b)을 포함할 수 있고 플랜지(316) 대신 방사상으로 배치된다. 튜브형 부분들(360a, 360b)은 LED들(332)에 의해 방출된 광에 대해 (또는 웨이퍼(w)를 조사하는데 사용되는 어떤 방사선이든지 그에 대해) 투명할 수 있다. 예를 들어, 튜브형 부분들(360a, 360b)은 투명 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 와이어(326a)와 같은 전도체가 튜브형 부분(360a) 둘레로 권선될 수 있고, 와이어(326b)와 같은 다른 전도체가 튜브형 부분(360b) 둘레로 권선될 수 있다. 따라서, 와이어들(326a, 326b)은, 가변 전력원(미도시)에 연결되는 경우 인덕터들을 형성할 수 있다. 와이어들(326a, 326b)은 전력원에 병렬로 연결될 수 있고, 각각의 와이어에 의해 생성된 자기장이 다른 와이어에 의해 생성된 자기장과 나란하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 자가장들은 서로 대립하기보다는 서로 보완할 수 있다. 몇몇 실시형태들에서, 와이어들(326a, 326b)은 갭(306)에 가까운 위치들에서 각각의 튜브형 부분들(360a, 360b) 둘레로 권선되었고, 이것에 의해, 갭에 걸쳐있는 총 자기장의 균일도가 증가한다.
여기에 설명된 측정 시스템의 원리들(및 이점들)을 유지하면서 본 발명의 몇 가지 대안적인 실시형태들이 가능할 수 있다. 구체적으로, 강자성 코어의 대안적인 구성들은, 예를 들어, 여기에 설명된 대향하는 스플릿 컵 코어 대신, 대향하는 U-형상 또는 E-형상 코어들을 포함할 수 있다. 이러한 (그리고 다른) 대안적인 실시형태들의 타당성의 평가에 있어서, 평가될 필요가 있는 3가지 핵심 파라미터들이 존재한다; 반도체 시료에 대한 유도 결합의 기밀성(tightness), 광원의 균일성 및 원하는 측정 영역 바깥쪽에 있는 임의의 반도체 재료로부터 발생된 신호들에 대한 차폐성이 그것이다. 스플릿 컵 코어 실시형태는 대안적인 구성들에 비해 이들 핵심 파라미터들 중 하나 또는 그 초과에 대하여 유익성들이 있을 수 있다는 것이 여기서 유지된다. 따라서, 본 발명들은 개시된 특정 실시형태들로 제한되지 않으며 수정들 및 다른 실시형태들이 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 것을 이해한다. 여기에서 특정 용어가 사용되지만, 이들은 보편이고 설명적인 감각만으로 사용되었으며 제한의 목적으로 사용된 것은 아니다.
Claims (44)
- 인덕터 및 커패시터를 포함하고 측정 주파수에서 공진하도록 구성된 공진 회로;
제 1 부분과 제 2 부분을 포함하는 강자성 코어 ?상기 제 1 부분은, 갭을 한정하고, 상기 제 1 부분 바깥쪽에 있는 자기장의 측방 확산이 억제되도록 상기 인덕터에 의해 확립된 상기 자기장을 상기 제 1 부분을 따라 지향시키고 그리고 상기 갭에 걸쳐 대체로 균일하게 상기 자기장을 지향시키도록 구성되고; 그리고 상기 제 2 부분은, 상기 제 2 부분을 따라 그리고, 상기 제 1 부분과 함께, 폐루프 안쪽으로 상기 자기장을 지향시키도록 구성됨?; 및
상기 강자성 코어의 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭에 가까운 영역을 조사(irradiate)하도록 구성된 방사선원(radiation source)을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 인덕터는 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로(circumferentially) 연장되는 적어도 하나의 코일을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 방사선원은 상기 제 1 부분에 의해 한정된 세로 축에 걸쳐 대칭인 상기 갭 둘레 영역을 조사하도록 구성되는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 부분은 세로 축을 한정하고, 그리고 상기 강자성 코어는 상기 세로 축을 중심으로 대체로 방사상으로 대칭인, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 방사선원은 각각 상이한 파장들의 방사선을 방출하도록 구성된 적어도 2개의 발광 다이오드들을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 강자성 코어는 대향하고 있는 제 1 파트 및 제 2 파트를 포함하고, 상기 제 1 파트는 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 적어도 일부를 형성하고 그리고 상기 제 2 파트는 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 적어도 일부를 형성하는, 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트는 상기 강자성 코어의 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭을 따라 지향된 평면에 걸쳐서 대체로 대칭인, 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각이 대체로 "E" 형상을 형성하도록 상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각은 신장된 베이스들, 상기 신장된 베이스들 각각으로부터 연장된 중앙 기둥, 및 상기 중앙 기둥의 대향 면들에 있고 그리고 상기 중앙 기둥에 대체로 평행한 상기 신장된 베이스들 각각으로부터 연장된 한 쌍의 측면 기둥들을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 중앙 기둥들을 포함하고 상기 제 2 부분은 상기 측면 기둥들을 포함하는, 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각은 대체로 평면인 베이스들을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 베이스들로부터 대체로 수직으로 연장되고, 그리고 상기 제 2 부분은, 상기 베이스들로부터 대체로 수직이고 그리고 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 연장되는 대체로 환형인 플랜지를 형성하는, 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭과 일직선에 있는 갭을 한정하는, 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 방사선원은, 상기 베이스들 중 하나를 통해 연장되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이에 배치되는 발광 다이오드를 포함하는, 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 방사선원은, 상기 베이스들 중 각각의 베이스들을 통해 연장되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이에 각각 배치되는 적어도 2개의 발광 다이오드들을 포함하는, 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 방사선원은, 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 배치되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이의 상기 베이스들 중 하나를 통해 연장되는 복수의 발광 다이오드들을 포함하는, 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 방사선원은, 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 배치되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이의 상기 베이스들 중 다른 베이스를 통해 연장되는 다른 복수의 발광 다이오드들을 포함하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 방사선원은 스위칭 주파수에서 간헐적으로 방사선을 방출하도록 구성되는, 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 장치는 상기 강자성 코어의 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭 내에 반도체 재료의 시료를 수용하도록 구성되고 그리고 상기 방사선원은 상기 시료를 간헐적으로 조사하도록 구성되고, 상기 방사선은 상기 시료에서 광전도성을 발생시키도록 구성되고 그리고 상기 스위칭 주파수는 상기 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스(inverse)보다 낮거나 또는 대략 그 정도이고, 그리고 상기 공진 회로는 측정 주파수 전압과 연관되고 그리고 조정가능한 구동 전류를 제공하도록 구성된 구동 전류원을 포함하여 상기 공진 회로 양단의 측정 주파수 전압이 일정하게 유지되는, 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 시료를 조사하기 시작하고 중지한 이후의 시간들에서 상기 시료의 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 많은 구동 전류 값들을 수집하도록 구성된 데이터 획득 시스템을 더 포함하는, 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 데이터 획득 시스템은 상기 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 높은 데이터 수집 주파수로 그리고 상기 시료를 조사하기 시작하고 중지한 직후의 시간들에서 구동 전류 값들을 수집하도록 추가로 구성되는, 장치. - 강자성 코어; 및
상기 강자성 코어에 통합된 방사선원을 포함하고,
상기 강자성 코어는,
갭을 한정하고, 제 1 부분 바깥쪽에 있는 자기장의 측방 확산이 억제되도록 상기 제 1 부분 둘레에 권선된 상기 인덕터에 의해 확립된 상기 자기장을 제 1 부분을 따라 지향시키고, 그리고 상기 갭에 걸쳐 대체로 균일하게 상기 자기장을 지향시키도록 구성된 제 1 부분; 및
제 2 부분을 따라 그리고, 상기 제 1 부분과 함께, 상기 폐루프 안쪽으로 상기 자기장을 지향시키도록 구성된 제 2 부분을 포함하는, 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 방사선원은 상기 강자성 코어의 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭 둘레에 방사상으로 대칭인 영역을 조사하도록 구성되는, 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 부분은 세로 축을 한정하고, 그리고 상기 강자성 코어는 상기 세로 축을 중심으로 대체로 방사상으로 대칭인, 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 방사선원은 각각 상이한 파장들의 방사선을 방출하도록 구성된 적어도 2개의 발광 다이오드들을 포함하는, 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 장치는, 상기 방사선원이 상기 시료를 조사할 수 있도록 상기 강자성 코어의 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭 내에 반도체 재료의 시료를 수용하도록 구성되는, 장치. - 제 19 항에 있어서,
상기 강자성 코어는 대향하고 있는 제 1 파트 및 제 2 파트를 포함하고, 상기 제 1 파트는 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 적어도 일부를 형성하고 상기 제 2 파트는 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 적어도 일부를 형성하는, 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트는 상기 강자성 코어의 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭을 따라 지향된 평면에 걸쳐서 대체로 대칭인, 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각이 대체로 "E" 형상을 형성하도록, 상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각은 신장된 베이스들, 상기 신장된 베이스들 각각으로부터 연장된 중앙 기둥, 및 상기 중앙 기둥의 대향 면들에 있고 그리고 상기 중앙 기둥에 대체로 평행한 상기 신장된 베이스들 각각으로부터 연장된 한 쌍의 측면 기둥들을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 중앙 기둥들을 포함하고 상기 제 2 부분은 상기 측면 기둥들을 포함하는, 장치. - 제 24 항에 있어서,
상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각은 대체로 평면인 베이스들을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 베이스들로부터 대체로 수직으로 연장되고, 그리고 상기 제 2 부분은, 상기 베이스들로부터 대체로 수직이고 그리고 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 연장되는 대체로 환형인 플랜지를 형성하는, 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭과 일직선에 있는 갭을 한정하는, 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 방사선원은, 상기 베이스들 중 하나를 통해 연장되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이에 배치되는 발광 다이오드를 포함하는, 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 방사선원은, 상기 베이스들 중 각각의 베이스들을 통해 연장되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이에 각각 배치되는 적어도 2개의 발광 다이오드들을 포함하는, 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 방사선원은, 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 배치되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이의 상기 베이스들 중 하나를 통해 연장되는 복수의 발광 다이오드들을 포함하는, 장치. - 제 31 항에 있어서,
상기 방사선원은, 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 배치되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이의 상기 베이스들 중 다른 베이스를 통해 연장되는 다른 복수의 발광 다이오드들을 포함하는, 장치. - 공진 회로, 강자성 코어, 및 방사선원을 포함하는 장치를 제공하는 단계;
상기 공진 회로에 시료를 전자기적으로 결합시키는 단계?인덕터에 의해 확립된 자기장이 상기 시료의 제 1 부분을 통해 대체로 균일하게 연장되도록 상기 시료의 상기 제 1 부분이 갭 내에 배치됨?;
상기 측정 주파수 전압을 일정하게 유지하기 위해서 상기 공진 회로의 구동 전류를 조정하는 단계; 및
상기 시료에서 광전도성을 발생시키도록 구성된 방사선을 이용하여 상기 제 1 부분에 가까운 영역에 있는 상기 시료를 스위칭 주파수로 간헐적으로 조사하는 단계?상기 스위칭 주파수는 상기 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 낮거나 또는 대략 그 정도임?
를 포함하고,
상기 공진 회로는 인덕터 및 커패시터를 포함하고 상기 공진 회로 양단의 측정 주파수 전압과 연관된 측정 주파수에서 공진하도록 구성되고,
상기 강자성 코어는 제 1 부분과 제 2 부분을 포함하고,
상기 제 1 부분은, 갭을 한정하고, 상기 제 1 부분 바깥쪽에 있는 자기장의 측방 확산이 억제되도록 상기 인덕터에 의해 확립된 상기 자기장을 제 1 부분에 따라 지향시키고, 상기 갭에 걸쳐 대체로 균일하게 상기 자기장을 지향시키도록 구성되고; 그리고 상기 제 2 부분은, 제 2 부분을 따라 그리고, 상기 제 1 부분과 함께, 상기 폐루프 안쪽으로 상기 자기장을 지향시키도록 구성되며,
상기 방사선원은 상기 강자성 코어의 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭에 가까운 영역을 조사하도록 구성되는, 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 시료에 대한 소수 캐리어 수명을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 34 항에 있어서,
상기 시료에 대한 소수 캐리어 수명을 결정하는 단계는 상기 시료를 조사하는 동안 그리고 상기 시료를 조사하지 않는 경우 둘 모두에 대해 상기 구동 전류를 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 35 항에 있어서,
상기 구동 전류를 측정하는 단계는 상기 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스보다 더 높은 샘플링 레이트로 그리고 상기 시료를 조사하기 시작하고 중지한 직후의 시간들에서 상기 구동 전류를 샘플링하는 단계를 더 포함하고,
상기 방법은 상기 시료를 조사하는 것을 중지한 이후에 그리고 상기 시료에 대한 소수 캐리어 수명의 인버스와 동일한 시간 이내에, 측정된 시간적(temporal) 구동 전류 데이터에 대한 함수 근사치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 35 항에 있어서,
상기 구동 전류를 측정하는 단계는 상기 시료를 조사하기 시작하고 중지한 이후 준-정상 상태 구동 전류를 측정하여 상기 시료의 조사와 중지 간의 차를 구하는 단계를 포함하고,
상기 차를 스케일링하고 상기 스케일링된 차를 출력으로서 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 시료를 간헐적으로 조사하는 단계는 제 1 특성 파장의 방사선을 이용하여 상기 시료를 간헐적으로 조사하는 단계 및 그 후에, 상기 제 1 특성 파장과는 상이한 제 2 특성 파장의 방사선을 이용하여 상기 시료를 간헐적으로 조사하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 시료의 상이한 부분들이 상기 강자성 코어의 상기 제 1 부분에 의해 한정된 상기 갭 내에 배치되도록 상기 시료를 반복적으로 재배치시키는 단계를 더 포함하고, 그리고
상기 구동 전류를 측정하는 단계는 상기 시료의 각각의 반복된 재배치에 응답하여 상기 구동 전류를 반복적으로 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 장치를 제공하는 단계는 대향하고 있는 제 1 파트 및 제 2 파트를 가진 강자성 코어를 포함하는 장치를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 파트는 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분 중 적어도 일부를 형성하고 그리고 상기 제 2 파트는 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 적어도 일부를 형성하고,
상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각은 대체로 평면인 베이스들을 포함하고,
상기 제 1 부분은 상기 베이스들로부터 대체로 수직으로 연장되고, 그리고
상기 제 2 부분은 상기 베이스들로부터 대체로 수직으로 그리고 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 연장되는 대체로 환형인 플랜지를 형성하는, 방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 장치를 제공하는 단계는, 상기 제 1 부분 둘레에 원주방향으로 배치되고 그리고 상기 제 2 부분에 의해 형성된 상기 플랜지와 상기 제 1 부분 사이의 상기 베이스들 중 하나를 통해 연장되는 복수의 발광 다이오드들을 구비하는 방사선원을 포함하는 장치를 제공하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 장치를 제공하는 단계는, 제 1 파트 및 제 2 파트 각각이 대체로 "E" 형상을 형성하도록, 신장된 베이스들, 상기 신장된 베이스들 각각으로부터 연장된 중앙 기둥, 및 상기 중앙 기둥의 대향 면들에 있고 그리고 상기 중앙 기둥에 대체로 평행한 상기 신장된 베이스들 각각으로부터 연장된 한 쌍의 측면 기둥들을 각각 포함하는 대향하는 상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트를 구비한 강자성 코어를 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 중앙 기둥들을 포함하고 상기 제 2 부분은 상기 측면 기둥들을 포함하는, 방법. - 제 1 파트와 제 2 파트 사이의 갭을 한정하는 대향하는 상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트를 포함하는 강자성 코어를 포함하고,
상기 제 1 파트 및 상기 제 2 파트 각각은,
베이스;
상기 베이스로부터 연장된 대체로 환형인 플랜지; 및
상기 플랜지의 방사상 내부 및 상기 베이스로부터 연장된 튜브형 부분;
상기 제 1 파트와 연관된 상기 튜브형 부분 둘레에 연장되는 제 1 전도체 코일;
상기 제 2 파트와 연관된 상기 튜브형 부분 둘레에 연장되는 제 2 전도체 코일; 및
상기 제 1 파트와 상기 제 2 파트 사이에 한정된 상기 갭의 적어도 일부분을 조사하도록 구성된 방사선원을 포함하고,
상기 제 1 전도체 코일에 의해 생성된 자기장이 상기 제 2 전도체 코일에 의해 생성된 자기장과 대체로 일직선에 있도록, 상기 제 1 전도체 코일과 상기 제 2 전도체 코일이 가변 전력원과 병렬로 연결되도록 구성되는, 장치. - 제 43 항에 있어서,
상기 튜브형 부분은 상기 방사선원으로부터 방출된 방사선에 대하여 투명한, 장치.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US12/687,855 US20110169520A1 (en) | 2010-01-14 | 2010-01-14 | Apparatus for measuring minority carrier lifetime and method for using the same |
| US12/687,855 | 2010-01-14 |
Publications (1)
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