PL84204B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest uklad do pomiaru reizystywinosci i ruchliwosci nosników ladunku e- lektrycznego w cienkich warstwach pólprzewodni¬ kowych wysokorezystywnyeh.

Znany jest z publikacji „Elektronika" nr 5, str. 5 188, 1972 — Z. Kuznicki, uklad do pomiaru ruch¬ liwosci .nosników ladunku elektrycznego, sklada¬ jacy sie z czterech elektrod doprowadzajacych, u- mieisizczonych na warstwie pólprzewodnikowej znaj¬ dujacej sie w prostopadlym do jej powierzchni 10 polu magnetycznym. Uklad ten stosowany jest przy ¦pomiarach ruchliwosci metoda vam Heeka.

Elektrody doprowadzajace usytuowane sa syme¬ trycznie parami i rozdzielone szczelinami i obsza¬ rem czynnym warstwy pólprzewodnikowej. Kazda 15 z par elektrod wlaczona jest w swój obwód za¬ silajacy skladajacy sie zwykle z polaczonych sze¬ regowo rezystora, zródla pradu stalego z regulacja potencjometryczna i miernika pradu, a .pomiedzy te obwody wlaczony jest rezystor wzorcowy, po- 20 laczony równolegle z miernikiem napiecia.

Okazuje sie jednakze, ze w opisanym ukladzie' przy badaniach warstw o przykladowych parame¬ trach grubosci 8,1—1,0 m, ruchliwosci 1—15 cm2 (Vs) przy optymalnym polu elektrycznym oraz re- 25 zystownosci okolo 106 ohm cm obserwuje sie trud¬ nosci pomiarowe spowodowane malymi wartoscia¬ mi zwarciowego pradu Halla. Ponadto przy bardzo duzych wartosciach rezystancji calkowitej warstw powstaje koniecznosc konstruowania specjalnych 30 2 masek do naparowania elektrod, tworzacych ob¬ szar czynny. Fakt, iz zwarciowy prad Halla jest odwrotnie proporcjonalny do rezystywnosci war¬ stwy, spowodowal koniecznosc stosowania do po¬ miaru wartosci tego pradu, dobieranej indywidu¬ alnie wartosci rezystywnosci wzorcowej dla kazdej niemal próbki. Na rezystorze wzorcowym mierzy sie spadek napiecia spowodowany przeplywem pra¬ du zwarciowego, przy czym wartosc jego rezystan¬ cji powinna byc taka azeby praktycznie caly prad zwarciowy przez niego przeplynal. Spelnienie tego warunku wiaze sie z dopasowaniem wartosci re¬ zystancji wzorcowej dla poszczególnych próbek, bo¬ wiem zadna technologia nie pozwala praktycznie na uzyskiwanie w pelni 'powtarzalnych parametrów takich warstw.

W zwiazku z powyzszym przy pomiarach war¬ stw badanych stosuje sie kilka niezaleznych ukla¬ dów pomiarowych, przeznaczonych do pomiaru ru¬ chliwosci, dobrania wartosci rezystancji wzorco¬ wej oraz do pomiaru rezystywnosci materialu ba¬ danej warstwy. W przypadku warstw wysokore¬ zystywnych, ze wzgledu na bardzo duzie wartosci rezystancji calkowitej i co za tym idzie male war¬ tosci pradów zwarciowych, uklady te wymagaja specjalnych izolacji i ekranowania, co w sposób istotny komplikuje badania. Ponadto, próbka w trakcie podlaczania jej dp poszczególnych ukladów pomiarowych moze byc fatwo uszkodzona.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych nie- 84 2043 84 204 4 dogodnosci przez rozwiazanie zagadnienia technicz¬ nego, polegajacego ma skonstruowaniu ukladu do pomiaru rezystywnosci i ruchliwosci nosników la¬ dunku elektrycznego w cienkich warstwach pól- . przewodnikowych wysokorezystywnych.

Wedlug wynalazku uklad do pomiaru rezysty¬ wnosci 1 ruchliwosci nosników ladunku wi cienkich warstwach pólprzewodnikowych wysokorezystyw¬ nych, na których osadzone isa cztery elektrody do¬ prowadzajace prad, posiada dwa obwody zasilajace.

Elektrody sa wlaczone parami, a miedzy te ob¬ wody wlaczony jest rezystor wzorcowy, polaczony równolegle z miernikiem napiecia. Jeden z obwo¬ dów zasilajacych sklada sie z szeregowo polaczo¬ nych: rezystora, zródla pradu istalego, miernika pradu i wylacznika, polaczonego z zaciskiem re¬ zystora wzorcowego i z elektroda. Drugi obwód zasilajacy sklada sie z szeregowo polaczonych: re^ zystora, przelacznika, zródla praadu stalego i mier¬ nika pradu. Drugi zestyk przelacznika polaczony jest z koncówka rezystora wzorcowego oraz elek¬ troda pierwszej pary elektrod.

Rozwiazanie takie umozliwia dobranie rezystan¬ cji wzorcowej do rezystywnosci danej próbki i pomiar tej rezystywnosci poprzez rozwarcia wy¬ lacznika i zmiane pozycji przelacznika. Gdy sa one w zwyklej pozycji otrzymuje sie typowy uklad pomiarowy, stosowany przy metodzie van Heeka.

Tak wiec po jednokrotnym zainstalowaniu próbki mozna dokonac wszystkich wymienionych wyzej pomiarów w jednym ukladzie pomiarowym.

Przedmiot wynalazku jest blizej omówiony w o- parciu o przylflad przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy ukladu z róbka, fig. 2 zas schemat zastepczy tego ukladu.

Jak uwidoczniono na rysunku elektrody 1 i 2 wla¬ czone sa w obwód zasilajacy, skladajacy sie z sze¬ regowo polaczonych: rezystora Rl, zródla pradu stalego Zl, miernika pradu Al i wylacznika Wl, polaczonego swoim zaciskiem z elektroda 1 i z jed¬ na z koncówek rezystora wzorcowego R3, zboczni- kowanego miernikiem napiecia V. Druga koncówka rezystora R3 polaczona jest poprzez drugi miernik pradu A2 z drugim zródlem pradu stalego Z2, po¬ laczonego swoim biegunem z przelacznikiem W2.

Druga koncówka rezystora wzorcowego A-3 pola¬ czona jest z przelacznikiem W2, którego drugi zestyk polaczony jest z elektroda 3 poprzez re¬ zystor R2. Ta koncówka rezystora wzorcowego R3 równomiernie polaczona jest z elektroda 4.

Jak pokazano na fig. 2 rezystor Rpl wlaczony jest w obwód, skladajacy sie z szeregowo pola¬ czonych: rezystora Rl, zródla pradu stalego Zl, miernika pradu Al i wylacznika Wl, polaczonego swoim zaciskiem z koncówkami rezystorów Rpl i Rrjl oraz z jedna z koncówek rezystora wzor¬ cowego R3, zbocznikowanego miernikiem napie¬ cia V. Druga koncówka rezystora R3 polaczona jest poprzez drugi miernik pradu A2 z drugim zródlem pradu stalego Z2, polaczonego swoim bie¬ gunem z przelacznikiem W2. Druga koncówka re¬ zystora wzorcowego, R3 polaczona jest z rezysto¬ rami Rpl i Rr2 poprzez rezystor R2.

Przy pomiarze ruchliwosci uklad nie rózni sie praktycznie od stosowanego poprzednio. Wylacznik i przelacznik zamykaja oczko zewnetrzne, a re¬ zystor wzorcowy R3 sluzy, wraz z miernikiem na¬ piecia, do pomiaru zwarciowego pradu Halla. Na¬ tomiast, po rozlaczeniu Wl i przelaczeniu W2 oraz ewentualnym wyjeciu rezystora R3, uklad umo¬ zliwia pomiar rezystancji wypadkowej próbki Rw, na która skladaja sie rezystancje wypadkowe ob¬ jetosci pólprzewodnika oznaczone odpowiednio Rp i Rr, (fig. 2). Rezystancja Rr jest rezystancja cal¬ kowita objetosc pólprzewodnika w szczelinie elek¬ trod sterujacych, aRp^- objetosci obszaru czynne¬ go.

Korzystajac z odpowiednich przeksztalcen-, mozna wyznaczyc rezystywnosc pólprzewodnikowa, z któ¬ rego wykonana jest cienka warstwa, korzystajac ze wzoru: p = AMd Rw gdzie: q— rezystywnosc pólprzewodnika, Am— stala maski do naparowywania elektrod! zalezna od rozmiarów tych elektrod, szcze¬ liny miedzy nimi i obszaru czynnego, d— grubosc badanej warstwy pólprzewodniko¬ wej, Rw — rezystancja wypadkowa [próbki.

Znajac Rw mozna równiez dobrac rezystancje wzorcowa R3 w zaleznosci od rezystywnosci prób¬ ki. Nie moze byc ona zbyt mala, aby odkladajace sie .napiecie od zwarciowego pradu Halla moglo byc na niej mierzone.

Przy bardzo malych pradach rezystencja R3musi wiec byc batrdzo duza. Z drugiej strony musi ona spelniac warunek: R8 gdzie: Rr— rezystancja calkowita obojetnosci pólprze¬ wodnika, R3— rezystancja wzorcowa, aby caly praktycznie zwarciowy prad Halla prze¬ plynal przez rezystor R3.

Z dyskusji trzech charakterystycznych przypad¬ ków mozliwych w redakcji Rr i Rw wynika ze Rr = 1 + 2 Rw gdzie: Rr— rezystancja calkowita objetosci pólprze¬ wodnika, Rw— rezystancja wypadkowa próbki, a wiec wszystkie wymagania dotyczace doboru R$ sa spelnione, gdy znana jest wartosc Rw.

Claims (1)

1. Zastrzezenia |p a t en t o w e Uklad do ipomiaru rezystywnosci i ruchliwosci nosników ladunku elektrycznego w cienkich wars¬ twach pólprzewodnikowych wysokorezystywnych, na których osadzone sa cztery elektrody dopro¬ wadzajace, wlaczone parami w dwa obwody za¬ silajace, przy czym miedzy te Obwody zasilajace wlaczony jest rezystor wzorcowy, polaczony rów- ' nologle z miernikiem napiecia, oraz rezystory za¬ bezpieczajace zródlo pradu stalego, znamienny tyn% 1% 15 20 25 80 35 40 45 50 55 60 !• 15 20 25 80 35 40 45 50 55 6084 204 ze jeden z obwodów zasilajacych ipasiada szere¬ gowo ipolaczone elementy, rezystor zabezpieczajacy (Rl), zródlo pradu stalego (Zl) miernik pradu (Al), wlacznik (Wl) polaczony zestykiem z zaciskiem rezystora wzorcowego(R3) i z elektroda doprowa¬ dzajaca, natomiast drugi obwód zasilajacy posiada szeregowo polaczone elementy, rezystor zabezpie¬ czajacy (R2), przelacznik (W2), zródlo pradu sta¬ lego (Z2) oraz miernik pradu (Az) [polaczony z za¬ ciskiem rezystora wzorcowego (R3), przy czym dru¬ gi zacisk (R3) oraz elektroda doprowadzajaca (1) polaczone sa drugfan zestykiem paroelaczniika (W2), -**^o !^| I fr.i 1 Fig. 2 I