RU2420749C1 - Device for noncontact measurement of specific resistance of semiconductor materials - Google Patents
Device for noncontact measurement of specific resistance of semiconductor materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420749C1 RU2420749C1 RU2010112966/28A RU2010112966A RU2420749C1 RU 2420749 C1 RU2420749 C1 RU 2420749C1 RU 2010112966/28 A RU2010112966/28 A RU 2010112966/28A RU 2010112966 A RU2010112966 A RU 2010112966A RU 2420749 C1 RU2420749 C1 RU 2420749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- signal
- coil
- recorder
- induced
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, более конкретно к области измерений электрофизических параметров полупроводниковых материалов с использованием эффекта электромагнитной индукции, и может быть использовано для определения удельного сопротивления полупроводниковых пластин и слитков.The invention relates to the field of measuring technology, and more particularly to the field of measuring the electrophysical parameters of semiconductor materials using the effect of electromagnetic induction, and can be used to determine the resistivity of semiconductor wafers and ingots.
Известно устройство для измерения удельной проводимости σ полупроводниковых материалов, в частности удельного сопротивления ρ (ρ=σ-1) полупроводниковых пластин, включающее регистрирующий блок, представляющий собой катушку индуктивности, и устройство обработки сигнала, принцип действия которого основан на использовании известного электромагнитного эффекта, выражающегося в изменении электрофизических параметров регистрирующего блока измерительного устройства (за счет изменения величины самоиндукции катушки индуктивности с последующим измерением этой разницы) при сближении исследуемого материала с этим регистрирующим блоком [1].A device for measuring the conductivity σ of semiconductor materials, in particular the resistivity ρ (ρ = σ -1 ) of semiconductor wafers, including a recording unit, which is an inductor, and a signal processing device, the principle of which is based on the use of the known electromagnetic effect, expressed in changing the electrophysical parameters of the recording unit of the measuring device (due to a change in the magnitude of self-induction of the inductor with by measuring this difference) when the material under study is brought closer to this recording unit [1].
При помещении полупроводниковой пластины в зазор разорванного по магнитному потоку трансформатора переменного тока (с известной частотой возбуждения электромагнитных волн в исследуемой пластине) в полупроводниковой пластине наводятся вихревые токи Фуко, которые, в свою очередь, меняют импеданс возбуждающей обмотки трансформатора.When a semiconductor wafer is placed in the gap of an AC transformer torn by magnetic flux (with a known frequency of electromagnetic waves in the wafer under study), Foucault eddy currents are induced in the semiconductor wafer, which, in turn, change the impedance of the transformer excitation winding.
В результате этого изменения появляется дополнительная, или разностная, электродвижущая сила - ЭДС. Если образец в зазоре отсутствует, то разностная ЭДС не возникает. Это изменение ЭДС выделяется в измерительном блоке устройства как величина, пропорциональная произведению толщины пластины d на ее удельную проводимость σ, т.е. регистрируется линейная зависимость этого произведения k(d×σ) от величины выходного сигнала U.As a result of this change, an additional, or difference, electromotive force appears - EMF. If there is no sample in the gap, then a differential emf does not occur. This change in the EMF is highlighted in the measuring unit of the device as a value proportional to the product of the plate thickness d and its specific conductivity σ, i.e. a linear dependence of this product k (d × σ) on the value of the output signal U is recorded.
Данный способ определения удельного сопротивления ρ полупроводникового материала (ρ=σ-1) является калибровочным и требует предварительной калибровки устройства путем экспериментального определения коэффициента пропорциональности k между выходным сигналом U и произведением удельной проводимости полупроводника на его толщину (d×σ).This method of determining the resistivity ρ of a semiconductor material (ρ = σ -1 ) is a calibration one and requires preliminary calibration of the device by experimentally determining the proportionality coefficient k between the output signal U and the product of the specific conductivity of the semiconductor by its thickness (d × σ).
В случае, когда объектом измерения является не тонкая полупроводниковая пластина, а более объемный материал (например, полупроводниковая шайба толщиной несколько сантиметров), толщина материала не вносит дополнительного вклада в выходной сигнал, величина которого оказывается прямо пропорциональной проводимости исследуемого образца.In the case when the object of measurement is not a thin semiconductor wafer, but a more voluminous material (for example, a semiconductor washer several centimeters thick), the thickness of the material does not make an additional contribution to the output signal, the value of which is directly proportional to the conductivity of the test sample.
Недостатками устройства являются:The disadvantages of the device are:
- необходимость предварительной механической обработки (шлифовки, полировки) полупроводниковых материалов с целью обеспечения плоской поверхности исследуемого материала с минимальной степенью шероховатости, т.к. наличие рельефа поверхности вносит неконтролируемую ошибку в определение удельного сопротивления материала;- the need for preliminary machining (grinding, polishing) of semiconductor materials in order to ensure a flat surface of the investigated material with a minimum degree of roughness, because the presence of a surface relief introduces an uncontrolled error in determining the resistivity of the material;
- невозможность измерения удельного сопротивления образцов толщиной более 2-3 см (например, слитков полупроводниковых материалов) из-за значительного снижения выходного сигнала U при увеличении зазора в трансформаторе переменного тока (погрешность измерений в этом случае может достигать десятков и сотен процентов).- the impossibility of measuring the resistivity of samples with a thickness of more than 2-3 cm (for example, ingots of semiconductor materials) due to a significant decrease in the output signal U when the gap in the AC transformer increases (the measurement error in this case can reach tens or hundreds of percent).
Указанных недостатков лишено устройство для бесконтактного измерения удельной проводимости полупроводников, в котором регистрирующий блок расположен на объективе микроскопа [2].The indicated drawbacks lack a device for non-contact measurement of the conductivity of semiconductors, in which the recording unit is located on the microscope objective [2].
В состав устройства входит микроскоп для точного определения расстояния h до поверхности расположенного на платформе микроскопа образца, удельную проводимость и толщину которого необходимо измерить. Непосредственно с объективом микроскопа крепится регистрирующий блок, включающий катушку индуктивности, на которую подается с генератора сигналов ток переменной частоты и которая генерирует переменное во времени электромагнитное поле, и расположенную рядом приемную катушку индуктивности, индуцированный сигнал с которой анализируется регистрирующим блоком, из которого выделяется составляющая удельной проводимостиThe device includes a microscope to accurately determine the distance h to the surface of a sample located on the platform of the microscope, the conductivity and thickness of which must be measured. A recording unit is mounted directly with the microscope objective, including an inductor, to which a variable frequency current is supplied from the signal generator and which generates an electromagnetic field variable in time, and a nearby inductance induction coil, the induced signal from which is analyzed by the recording unit, from which the specific conductivity
σ~U/(k×d),σ ~ U / (k × d),
которая индицируется измерительным прибором.which is indicated by the measuring device.
Так как расстояние между исследуемой поверхностью полупроводника и регистрирующим блоком поддерживается всегда на одном и том же расстоянии, что контролируется оптической системой микроскопа, то влияние расстояния регистрирующего блока на величину выходного сигнала становится пренебрежимо малой величиной.Since the distance between the studied surface of the semiconductor and the recording unit is always maintained at the same distance, which is controlled by the optical system of the microscope, the effect of the distance of the recording unit on the value of the output signal becomes negligible.
Выходной сигнал приемной катушки индуктивности U пропорционален произведению толщины полупроводникового образца d на его удельную проводимость σ. Электромагнитная система устройства калибруется на точное определение этой величины.The output signal of the inductance inductor U is proportional to the product of the thickness of the semiconductor sample d and its specific conductivity σ. The device’s electromagnetic system is calibrated to accurately determine this value.
Недостатком данного устройства является невозможность проведения измерений на слиточном полупроводниковом материале, т.к. поверхность слитка не является абсолютно гладкой, что предполагается в известном устройстве.The disadvantage of this device is the impossibility of taking measurements on a solid-state semiconductor material, because the surface of the ingot is not absolutely smooth, which is assumed in the known device.
Так как величина выходного сигнала U зависит от расстояния до исследуемой поверхности h, то неоднородность измеряемого образца по высоте вносит неконтролируемую ошибку в результат измерений.Since the magnitude of the output signal U depends on the distance h to the test surface, the heterogeneity of the measured sample in height introduces an uncontrolled error into the measurement result.
Поскольку размеры регистрирующего блока существенно превышают величину колебаний высоты шероховатости исследуемой поверхности, точность измерения σ на слиточном материале оказывается существенно ниже, и разброс измеренных значений σ может достигать сотен процентов.Since the dimensions of the recording unit significantly exceed the fluctuations in the height of the roughness of the investigated surface, the accuracy of measuring σ on the cast material is significantly lower, and the spread of the measured values of σ can reach hundreds of percent.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для бесконтактного измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, состоящее из объекта измерения, устройства обработки сигнала, генерирующего электромагнитное излучение блока и измерительного блока регистрации индуцированного излучения, причем генерирующий и измерительный блоки выполнены в виде двух соосных катушек индуктивности каждый, катушки блока измерения расположены симметрично относительно обеих плоскостей измеряемого объекта, катушки генерирующего блока расположены над катушками измерительного блока, при этом катушки измерительного и генерирующего блоков соосны [3].The closest in technical essence and the achieved result is a device for non-contact measurement of the resistivity of semiconductor materials, consisting of a measurement object, a signal processing device generating electromagnetic radiation from a unit and a measuring unit for recording induced radiation, the generating and measuring blocks being made in the form of two coaxial inductance coils each, the coils of the measuring unit are located symmetrically with respect to both planes of the object, the coils of the generating unit are located above the coils of the measuring unit, while the coils of the measuring and generating units are coaxial [3].
Конструкция устройства и сущность метода поясняется фиг.1, где:The design of the device and the essence of the method is illustrated in figure 1, where:
1 - полупроводниковый образец;1 - semiconductor sample;
2 - генератор сигналов;2 - signal generator;
3 - регистратор индуцированного сигнала;3 - recorder induced signal;
4 - измерительный прибор;4 - measuring device;
5, 7 - первые катушки;5, 7 - the first coils;
6, 8 - вторые катушки.6, 8 - second coils.
При прохождении через первые (генерирующие) катушки 5 и 7 сигнала (переменного тока), генерируемого генератором сигналов 2, катушки генерируют переменное во времени электромагнитное поле, которое в свою очередь индуцирует наведенный сигнал во вторых (регистрирующих) катушках 6 и 8. При помещении в зазор между катушками 6 и 8 образца 1 (например, полупроводниковой пластины) регистратор индуцированного сигнала 3 по известному алгоритму [4] из наведенного потенциала U, пропорционального толщине образца d и удельной проводимости σ, выделяет либо составляющую удельной проводимости образцаWhen passing through the first (generating)
σ~U×d-1 σ ~ U × d -1
либо составляющую толщины образцаor component of the thickness of the sample
d~U×σ-1,d ~ U × σ -1 ,
которая индицируется измерительным прибором 4.which is indicated by the
Наименьшая погрешность измерений (±5%) обеспечивается при условии, что обе поверхности измеряемого образца имеют минимальную шероховатость, а сам образец максимально точно сориентирован в зазоре между катушками регистрирующего блока (геометрическая ось катушек должна быть ортогональна плоскости образца).The smallest measurement error (± 5%) is provided provided that both surfaces of the measured sample have a minimum roughness, and the sample itself is most accurately oriented in the gap between the coils of the recording unit (the geometric axis of the coils should be orthogonal to the plane of the sample).
Недостатком данного устройства является:The disadvantage of this device is:
- устройство может использоваться для измерения удельной проводимости полупроводниковых пластин и шайб только небольшой (не более 1-2 см) толщины и не пригодно для контроля объемных материалов (например, полупроводниковых слитков), так как с увеличением зазора между катушками регистрирующего блока точность измерений снижается в десятки раз;- the device can be used to measure the specific conductivity of semiconductor wafers and washers of only a small (not more than 1-2 cm) thickness and is not suitable for controlling bulk materials (for example, semiconductor ingots), since with an increase in the gap between the coils of the recording unit, the measurement accuracy decreases in dozens of times;
- точность измерения удельного сопротивления данного устройства не превышает ±5% ввиду влияния неконтролируемых погрешностей, обусловленных неоднородностью геометрических параметров образца (в частности, качеством обработки поверхностей образца и неточностью ориентации образца в зазоре между катушками регистрирующего блока).- the accuracy of measuring the specific resistance of this device does not exceed ± 5% due to the influence of uncontrolled errors due to the heterogeneity of the geometric parameters of the sample (in particular, the quality of processing of the surfaces of the sample and inaccurate orientation of the sample in the gap between the coils of the recording unit).
Задачей изобретения является повышение точности измерений и обеспечение контроля объемных материалов.The objective of the invention is to improve the accuracy of measurements and to ensure control of bulk materials.
Это достигается за счет того, что в устройстве для бесконтактного измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, содержащем генератор сигналов, к выходу которого присоединена первая катушка, регистратор индуцированного сигнала, ко входу которого присоединена вторая катушка, при этом первая и вторая катушки размещены соосно, а перед катушками размещен объект измерения, отличающееся тем, что расстояние между первой и второй катушкой фиксировано, при этом первая и вторая катушки коммутируются с генератором сигнала и регистратором индуцированного сигнала посредством дополнительно введенного в устройство двухканального электронного ключа, который с заданной скважностью tc попеременно соединяет первую и вторую катушки с генератором сигнала и регистратором индуцированного сигнала.This is achieved due to the fact that in the device for non-contact measurement of the resistivity of semiconductor materials containing a signal generator, the output of which is connected to the first coil, an induced signal recorder, to the input of which the second coil is connected, while the first and second coils are placed coaxially, and before coils placed the measurement object, characterized in that the distance between the first and second coils is fixed, while the first and second coils are switched with a signal generator and a generator of the induced signal by means of a two-channel electronic key additionally inserted into the device, which with a given duty cycle t c alternately connects the first and second coils with a signal generator and an induced signal recorder.
Первая и вторая катушки идентичны и выполнены в виде плоских спиралей, а их каркас и обмотка выполнены из немагнитных материалов, например из пластика и медной проволоки соответственно.The first and second coils are identical and are made in the form of flat spirals, and their frame and winding are made of non-magnetic materials, for example, plastic and copper wire, respectively.
Соосное расположение идентичных катушек индуктивности, выполненных в виде плоской спирали, вместе с возможностью независимого попеременного измерения выходного сигнала от этих двух катушек позволяет исключить координатное влияние шероховатой поверхности образца на величину выходного сигнала путем последовательного вычитания наведенной амплитуды ЭДС в одной катушке из наведенной амплитуды ЭДС в другой катушке.The coaxial arrangement of identical inductors made in the form of a flat spiral, together with the possibility of independent alternate measurement of the output signal from these two coils, eliminates the coordinate influence of the rough surface of the sample on the value of the output signal by sequentially subtracting the induced amplitude of the EMF in one coil from the induced amplitude of the EMF in the other reel.
В известных науке и технике решениях аналогичной задачи не обнаружено попеременное использование соосно расположенных идентичных и жестко фиксированных относительно друг друга плоских спиралевидных катушек индуктивности в качестве генератора электромагнитного излучения и регистратора индуцированного сигнала, поэтому все заявляемые отличия данного изобретения соответствуют критерию "Изобретательский уровень".In the solutions of a similar problem known to science and technology, the alternate use of coaxially located identical and rigidly fixed relative to each other flat spiral coil inductors as an electromagnetic radiation generator and an induced signal recorder has been found, so all the claimed differences of this invention meet the criterion of "Inventive step".
Сущность изобретения поясняется фиг.2, на которой схематически представлено заявляемое устройство, где:The invention is illustrated in figure 2, which schematically shows the inventive device, where:
1 - полупроводниковый образец;1 - semiconductor sample;
2 - генератор сигнала;2 - signal generator;
3 - регистратор индуцированного сигнала;3 - recorder induced signal;
4 - измерительный прибор;4 - measuring device;
5 - первая катушка;5 - the first coil;
6 - вторая катушка;6 - second coil;
9 - датчик;9 - sensor;
10 - двухканальный электронный ключ;10 - two-channel electronic key;
h - высота рельефа поверхности полупроводникового образца 1;h is the height of the surface relief of the semiconductor sample 1;
dL - фиксированное расстояние между катушками 5 и 6, и заключается в следующем.d L is a fixed distance between
Первая 5 и вторая 6 катушки, выполненные в виде плоских спиралей, расположенных друг от друга на фиксированном расстоянием dL, размещены в датчике 9, представляющем собой герметичный цилиндрический пластиковый контейнер с контактными группами внутри для присоединения выводов катушек 5 и 6. Каркас катушек 5 и 6 и их обмотка выполнены из немагнитных материалов (например, из пластика и медной проволоки соответственно). Каждая из катушек попеременно переподключается к генератору сигналов и регистратору индуцированного сигнала. Переподключение катушек 5 и 6 с заданной скважностью обеспечивается двухканальным электронным ключом 10. При приближении датчика 9 к объекту измерения 1 наведенное электромагнитное поле попеременно регистрируется катушками 5 и 6, а регистратор индуцированного излучения 3 по известному алгоритму выделяет выходной сигнал, представляющий собой разность наведенной ЭДС от катушек 5 и 6. Этот разностный сигнал несет информацию о величине удельного сопротивления полупроводникового образца 1 и не зависит от степени шероховатости (рельефа h) поверхности полупроводникового материала. Выделенный и обработанный сигнал выводится на индикатор измерительного прибора 4.The first 5 and second 6 coils, made in the form of flat spirals located at a fixed distance d L from each other, are placed in the
В общем случае величина выходного сигнала индуктивного датчика при приближении к поверхности исследуемого материала зависит от следующих параметров:In the General case, the output signal of the inductive sensor when approaching the surface of the investigated material depends on the following parameters:
- частоты используемого в данной измерительной схеме электромагнитного возбуждающего сигнала;- the frequency of the electromagnetic excitation signal used in this measurement circuit;
- удельного сопротивления исследуемого материала;- the specific resistance of the test material;
- расстояния от датчика до поверхности исследуемого материала;- the distance from the sensor to the surface of the investigated material;
- конструктивных особенностей самого датчика.- design features of the sensor itself.
Конструктивные особенности включают в себя применение концентраторов электромагнитного поля (таких как ферритовые сердечники или более сложные оболочки) для локализации электромагнитного поля в пространстве.Design features include the use of electromagnetic field concentrators (such as ferrite cores or more complex shells) to localize the electromagnetic field in space.
Применяемые в заявляемом устройстве для измерения удельного сопротивления полупроводников катушки не содержат каких-либо дополнительных концентраторов электромагнитного поля для усиления индукционного сигнала в силу особенности решаемой в заявляемом устройстве задачи. Наличие ярко выраженного рельефа поверхности выражается в увеличении эффективного расстояния от первой катушки до виртуальной плоскости сплошности полупроводникового образца, что приводит к изменению величины выходного сигнала, по сравнению со случаем абсолютно гладкой поверхности образца. Аналогично, если измеряется выходной сигнал от второй катушки, расположенной на фиксированном расстоянии dL от первой, то имеется точно такое же влияние эффективного расстояния на выходной сигнал второй катушки. Если индуцированное полупроводником электромагнитное поле спадает линейно при удалении датчика от поверхности полупроводника, то разностный сигнал от двух катушек индуктивности полностью компенсирует влияние неконтролируемого исходного рельефа поверхности. В общем случае это не так - при удалении датчика от поверхности исследуемого слитка величина индуцированного электромагнитного поля экспоненциально спадает с увеличением расстояния от этой поверхности. При этом постоянная затухания λ индуцированного поля имеет видThe coils used in the inventive device for measuring the resistivity of semiconductors do not contain any additional electromagnetic field concentrators for amplifying the induction signal due to the peculiarity of the problem being solved in the inventive device. The presence of a pronounced surface topography is expressed in an increase in the effective distance from the first coil to the virtual continuity plane of the semiconductor sample, which leads to a change in the value of the output signal, compared with the case of a completely smooth sample surface. Similarly, if the output signal is measured from a second coil located at a fixed distance d L from the first, then there is exactly the same effect of the effective distance on the output signal of the second coil. If the electromagnetic field induced by the semiconductor decreases linearly with the distance of the sensor from the surface of the semiconductor, the difference signal from the two inductors completely compensates for the influence of the uncontrolled initial surface relief. In the general case, this is not so - when the sensor is removed from the surface of the investigated ingot, the magnitude of the induced electromagnetic field decreases exponentially with increasing distance from this surface. In this case, the damping constant λ of the induced field has the form
λ=2h/L,λ = 2h / L,
где h - расстояние от поверхности полупроводникового образца,where h is the distance from the surface of the semiconductor sample,
L - глубина скин-слоя электромагнитного поля в объеме образца.L is the depth of the skin layer of the electromagnetic field in the sample volume.
Глубина скин-слоя, в свою очередь, зависит от частоты электромагнитных колебаний, поэтому выбрав частоту, для которой обеспечивается условие λ<<1, и разлагая экспоненту в ряд до линейного члена разложения, мы приходим к условию исключения влияния неконтролируемого рельефа поверхности.The depth of the skin layer, in turn, depends on the frequency of electromagnetic oscillations, therefore, choosing the frequency for which the condition λ << 1 is satisfied, and expanding the exponent in a row to the linear term of the expansion, we come to the condition of eliminating the influence of an uncontrolled surface topography.
Очевидно, что полностью исключить влияние шероховатости поверхности на результат измерений в этой схеме измерений невозможно, но ошибку этого влияния можно снизить до любой заданной величины при варьировании частоты колебаний электромагнитного поля при известной степени шероховатости измеряемого объекта.Obviously, it is impossible to completely eliminate the effect of surface roughness on the measurement result in this measurement scheme, but the error of this effect can be reduced to any given value by varying the frequency of the electromagnetic field oscillations with a known degree of roughness of the measured object.
Влияние на результаты измерений геометрических особенностей катушек минимизируются при изготовлении катушек в виде двух плоских спиралевидных контуров, сформированных на лицевой и тыльной плоскостях пластины из немагнитного материала (например, стеклянной или текстолитовой). При таком исполнении расстояние dL между катушками всегда постоянно, т.к. определяется толщиной пластины, на которой сформированы катушки. Сами катушки изготавливаются из серебряной или медной проволоки. Влияние геометрических и электрических параметров катушек на результаты измерения пренебрежимо мало, т.к. катушки всегда осесимметричны, соосны и плоскопараллельны друг другу, а (поскольку добротность таких контуров очень высока) их электрические характеристики практически идентичны.The influence on the measurement results of the geometrical features of the coils is minimized in the manufacture of coils in the form of two flat spiral loops formed on the front and back planes of a plate of non-magnetic material (for example, glass or textolite). With this design, the distance d L between the coils is always constant, because is determined by the thickness of the plate on which the coils are formed. The coils themselves are made of silver or copper wire. The influence of the geometric and electrical parameters of the coils on the measurement results is negligible, since the coils are always axisymmetric, coaxial and plane parallel to each other, and (since the quality factor of such circuits is very high) their electrical characteristics are almost identical.
Экспериментально установлено, что достаточно двух частотных интервалов для обеспечения измерений в интервале удельных сопротивлений слитков полупроводникового материала ρ=0,01÷25,0 Ом·см.It was experimentally established that two frequency intervals are sufficient to ensure measurements in the range of resistivities of ingots of semiconductor material ρ = 0.01 ÷ 25.0 Ohm · cm.
При этом для измерения удельного сопротивления в интервале ρ=1,0÷25,0 Ом·см используется частота 100 кГц, а для измерений удельного сопротивления слитков в интервале ρ=0,01-1,0 Ом·см используется частота 25 кГц при степени шероховатости поверхности слитка ±1 мм. В целом, заявляемое устройство позволяет проводить измерение удельного сопротивления слитков кремния с относительной точностью ±2,5% во всем интервале заданных удельных сопротивлений.In this case, a frequency of 100 kHz is used to measure the resistivity in the range ρ = 1.0 ÷ 25.0 Ω · cm, and a frequency of 25 kHz is used for measuring the resistivity of the ingots in the range ρ = 0.01-1.0 Ohm · cm degree of surface roughness of the ingot ± 1 mm. In General, the inventive device allows the measurement of the resistivity of silicon ingots with a relative accuracy of ± 2.5% in the entire range of specified resistivities.
Поскольку первая и вторая катушки в данном устройстве располагается только с одной стороны измеряемого образца, никаких ограничений по толщине измеряемых образцов не существует, и устройство может быть использовано для контроля удельного сопротивления полупроводниковых слитков.Since the first and second coils in this device are located only on one side of the measured sample, there are no restrictions on the thickness of the measured samples, and the device can be used to control the resistivity of semiconductor ingots.
Пример конкретного выполненияConcrete example
Конструкция устройства, использованного в данном примере, поясняется фиг.2, 3 и 4.The design of the device used in this example is illustrated in figure 2, 3 and 4.
Внутри датчика 9, представляющего собой герметичный цилиндрический пластиковый контейнер с контактными группами внутри для присоединения выводов катушек 5 и 6, размещены две плоские соосные катушки индуктивности: первая 5 и вторая 6. Центральные выводы катушек 5 и 6 соединены с контактными группами двухканального электронного ключа 10. Частота переключения (скважность) ключа 10 составляет tc=0,5÷2,0 Гц, частота сигнала, генерируемого генератором сигнала 2, составляет 100 кГц. Выходной сигнал от той из катушек, которая в данный момент времени скоммутирована электронным ключом 10 с регистратором индуцированного сигнала 3 (с задержкой на время установления переходных процессов переключения) поступает на вход регистратора индуцированного сигнала 3.Inside the
Измерение удельного сопротивления осуществляется следующим образом. Полупроводниковый объект 1, имеющий шероховатую поверхность с высотой неровностей h~1 мм (торец монокристаллического слитка кремния марки КДБ-10 (111)-4° после отрезания верхней конусообразной части на станке «Алмаз-6М»), приводится в соприкосновение с торцевой поверхностью датчика.The measurement of resistivity is as follows. A semiconductor object 1 having a rough surface with a height of roughness h ~ 1 mm (the end face of a KDB-10 (111) -4 ° single crystal silicon ingot after cutting the upper cone-shaped part on the Almaz-6M machine) is brought into contact with the end surface of the sensor .
Для наглядности примем, что электронный ключ в данный момент времени скоммутировал с генератором сигналов 2 вторую катушку 6. Вторая катушка 6 генерирует частотный сигнал, в первой катушке 5 индуцируется наведенная ЭДС, амплитуда наведенного сигнала считывается и запоминается в регистраторе индуцированного сигнала 3. Затем электронный ключ 10 переключается в другую позицию, в результате чего к генератору сигналов подсоединяется первая катушка 5, а к регистратору индуцированного сигнала подсоединяется вторая катушка 6, и измеряется наведенная ЭДС от второй катушки. Так как катушки изготовлены из немагнитного материала (медной проволоки), то не возникает каких-либо дополнительных электромагнитных полей от первой катушки, индуцирующих наведенную ЭДС во второй катушке. Сигнал второй катушки несет в себе информацию как относительно удельного сопротивления исследуемого материала, так и информацию относительно расположения второй катушки по отношению к плоскости сплошности полупроводникового материала. Регистратор индуцированного сигнала 3 выделяет и преобразует разностный сигнал, который становится просто пропорциональным удельному сопротивлению исследуемого материала.For clarity, we assume that the electronic key at the given time has connected the
В течение нескольких секунд (от 3 до 6 с) регистратор индуцированного сигнала 3 повторяет процесс выделения разностного сигнала, после чего сигнал усредняется, обрабатывается и на индикаторе измерительного прибора 4 выводится выделенное регистратором индуцированного сигнала 3 значение удельного сопротивления (в данном примере эта величина составила 9,062 Ом·см).Within a few seconds (from 3 to 6 s), the induced
На фиг.3 представлен вариант конструкции первой и второй катушек датчика 9, использованного в данном примере. Катушки 5 и 6 выполнены из медной проволоки диаметром 0,4 мм и расположены в спиральных канавках, сформированных с двух сторон текстолитовой пластины 11 диаметром ~25 мм и толщиной dL=1,4 мм. Концы катушек припаяны к токосъемным площадкам, расположенным в периферийной области текстолитовой пластины 11.Figure 3 presents a design variant of the first and second coils of the
Вышеописанное выполнение измерительного устройства обеспечивает возможность воспроизводимого и неразрушающего измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов в условиях сильной шероховатости поверхности материала (≥1 мм), что приводит к значительной экономии средств, связанных с процессами подготовки поверхности полупроводника для проведения измерений при использовании традиционных схем измерений удельного сопротивления полупроводниковых материалов.The described embodiment of the measuring device provides the possibility of reproducible and non-destructive measurement of the resistivity of semiconductor materials under conditions of strong roughness of the surface of the material (≥1 mm), which leads to significant savings associated with the preparation of the surface of the semiconductor for measurements using traditional schemes for measuring the resistivity of semiconductor materials.
Общий вид устройства представлен на фиг.4. Как видно из фиг.4, датчик 9 выполнен в виде герметичного цилиндрического пластикового контейнера, внутри которого в торце расположены первая 5 и вторая 6 катушки. Датчик 9 соединен гибким кабелем 12 с блоком 13, в котором размещен генератор сигналов, регистратор индуцированного сигнала и электронный ключ.A general view of the device is presented in figure 4. As can be seen from figure 4, the
При измерении датчик 9 торцом опускают на поверхность полупроводникового образца, а результат измерения считывают со шкалы 14 блока 13.When measuring, the
Источники информацииInformation sources
1. Патент США, МПК G01R 33/12, №4000458 от 28 декабря 1976 г.1. US patent, IPC G01R 33/12, No. 4000458 of December 28, 1976
2. Патент США, МПК G01B 33/12, №4849694 от 18 июля 1989 г.2. US patent, IPC G01B 33/12, No. 4849694 from July 18, 1989
3. Патент США, МПК G01N 27/72, №6661224 от 09 декабря 2003 г. - прототип.3. US patent, IPC G01N 27/72, No. 6661224 of December 9, 2003 - the prototype.
4. Патент США, МПК G01R 31/265, №4286215 от 25 августа 1981 г.4. US patent, IPC G01R 31/265, No. 4286215 of August 25, 1981
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010112966/28A RU2420749C1 (en) | 2010-04-06 | 2010-04-06 | Device for noncontact measurement of specific resistance of semiconductor materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010112966/28A RU2420749C1 (en) | 2010-04-06 | 2010-04-06 | Device for noncontact measurement of specific resistance of semiconductor materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2420749C1 true RU2420749C1 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=44736757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010112966/28A RU2420749C1 (en) | 2010-04-06 | 2010-04-06 | Device for noncontact measurement of specific resistance of semiconductor materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420749C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2504037C2 (en) * | 2012-04-16 | 2014-01-10 | Геннадий Леонидович Багич | Method for power transformation, device for its functioning and method of device manufacturing |
| RU2534728C1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Device for determination of parameters of metal-dielectric structures |
| RU2729169C1 (en) * | 2020-02-03 | 2020-08-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Device for measuring specific resistance of semiconductor cutting ceramic plates |
-
2010
- 2010-04-06 RU RU2010112966/28A patent/RU2420749C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2504037C2 (en) * | 2012-04-16 | 2014-01-10 | Геннадий Леонидович Багич | Method for power transformation, device for its functioning and method of device manufacturing |
| RU2534728C1 (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Device for determination of parameters of metal-dielectric structures |
| RU2729169C1 (en) * | 2020-02-03 | 2020-08-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Device for measuring specific resistance of semiconductor cutting ceramic plates |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4528856A (en) | Eddy current stress-strain gauge | |
| US9128063B2 (en) | Non-contact stress measuring device | |
| JP2698749B2 (en) | Combined coating thickness gauge for non-ferrous coatings on iron substrates and non-conductive coatings on conductive substrates | |
| CA2863843C (en) | Apparatus and method for measuring properties of a ferromagnetic material | |
| WO2001067085A1 (en) | Probe for eddy current testing | |
| CN108601526B (en) | Apparatus and method for determining electrical conductivity of tissue | |
| JP5156432B2 (en) | Eddy current sample measurement method and eddy current sensor | |
| Cardelli et al. | Surface field measurements in vector characterization of Si-Fe magnetic steel samples | |
| Darrer et al. | Toward an automated setup for magnetic induction tomography | |
| CN105737727B (en) | A kind of probe and current vortex sensor of current vortex sensor | |
| RU2420749C1 (en) | Device for noncontact measurement of specific resistance of semiconductor materials | |
| CN109668506A (en) | A kind of magnetic metal material thickness detecting method based on vortex steady-state characteristic | |
| Abdallh et al. | A Rogowski–Chattock coil for local magnetic field measurements: sources of error | |
| RU2421742C1 (en) | Device for contactless measurement of resistivity of silicon material | |
| WO2006059497A1 (en) | Method and device for measuring critical current density of superconductor | |
| Faraj et al. | Construct coil probe using GMR sensor for eddy current testing | |
| JPH07198770A (en) | Improved probe device and method for measuring critical superconducting current in non-contacting state | |
| CN105548668B (en) | A kind of method for measuring superconductor critical current density | |
| Zhu et al. | Electromagnetic detection of foreign bodies flowing in a pipe with continuous longitudinal electric field excitation | |
| Cheng | Measurement of magnetic plates at a few hertz with two concentric coils and thickness estimation using mutual inductance | |
| Dziczkowski | Effect of eddy current frequency on measuring properties of devices used in non-destructive measurements of non-ferromagnetic metal plates | |
| RU2591027C1 (en) | Method of measuring and spatial distribution of local magnetic field caused by corrosion flow on metal surface in solution | |
| Takahashi et al. | Development of the 2-D single-sheet tester using diagonal exciting coil and the measurement of magnetic properties of grain-oriented electrical steel sheet | |
| JP2015078942A (en) | Leakage magnetic flux flaw detector | |
| Men et al. | Measurement of magnetic flux density on a rotating distorted electrolyte–metal interface |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160407 |