RU2750427C1 - Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики - Google Patents
Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750427C1 RU2750427C1 RU2020134418A RU2020134418A RU2750427C1 RU 2750427 C1 RU2750427 C1 RU 2750427C1 RU 2020134418 A RU2020134418 A RU 2020134418A RU 2020134418 A RU2020134418 A RU 2020134418A RU 2750427 C1 RU2750427 C1 RU 2750427C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- resistivity
- electrical resistivity
- determining
- semiconductors
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/14—Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля удельного электросопротивления полупроводниковых кристаллических материалов, в частности монокристаллов германия. В способе согласно изобретению образец размещают на подложке, экранирующей электромагнитное излучение от нагревательного элемента, быстро нагревают, регистрируют его тепловизионное изображение, определяют опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру образца, измеряют в этих точках электросопротивление четырехзондовым методом, строят температурные профили и на их основании с помощью предложенной формулы. Изобретение обеспечивает возможность осуществлять контроль распределения удельного электросопротивления полупроводниковых материалов более точно с минимальным повреждением поверхности образца. 4 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля удельного электросопротивления полупроводниковых кристаллических материалов, в частности, монокристаллов германия.
Известен способ определения удельного электросопротивления (RU 95120920, опубл. 20.02.1998), где в качестве средства измерения электросопротивления тонкослойных материалов используется четырехэлектродный потенциометрический датчик. Недостатком этого метода является механический контакт датчика с образцом в каждой точке измерения.
Известен способ определения удельного электросопротивления поверхностного слоя материала (RU 2426137, опубл. 12.04.2010), включающий измерение электросопротивления контакта поверхностного слоя материала с металлической плитой методом амперметра-вольтметра, определение силы прижима поверхностного слоя материала к металлической плите, измерение параметра шероховатости и твердости поверхностного слоя с дальнейшим вычислением удельного электросопротивления. Недостатками данного способа являются определение удельного электрического сопротивления только поверхностного слоя материала, а также проведение дополнительных работ по измерению силы прижима, параметра шероховатости и твердости.
Известен способ бесконтактного определения удельного электросопротивления (RU 2687504, опубл. 24.05.2018), который заключается в определении удельного электросопротивления металлического образца, нагреваемого высокочастотным индукционным генератором в диапазоне температур 1000-2500 К. Способ базируется на зависимости величины электродвижущей силы от удельного электросопротивления материала образца. Недостатками этого способа является ограничение рабочих температур диапазоном 1000-2500К, а также образец должен быть металлическим и обладать цилиндрической формой.
Близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ измерения удельного электрического сопротивления четырехзондовым методом [ГОСТ 24392-80 Кремний и германий монокристаллические. Измерение удельного электрического сопротивления четырехзондовым методом]. Недостатками способа-прототипа являются относительно низкая разрешающая способность из-за размеров контакта зонд-полупроводник, нагрев образцов при прохождении тока, что увеличивает погрешность измерений, а также контактность метода, приводящая к механическим повреждениям образца в каждой точке измерения.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка способа контроля распределения удельного электросопротивления полупроводниковых материалов, позволяющего измерить удельное электросопротивление более точно с минимальным повреждением поверхности образца.
Данная задача решается за счет того, что в способе определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики, включающем измерение удельного электросопротивления четырехзондовым методом, образец размещают на подложке, экранирующей электромагнитное излучение от нагревательного элемента, быстро нагревают, регистрируют его тепловизионное изображение, определяют опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру образца, измеряют в этих точках электросопротивление, строят температурные профили, на основе которых рассчитывают профили удельного электросопротивления.
Техническим результатом данного изобретения является снижение механических повреждений поверхностного слоя образца, а также повышение точности определения удельного электросопротивления.
Указанный технический результат достигается за счет того, что уменьшается количество контактов зонда с поверхностью образца, а повышение точности и горизонтального разрешения обусловлено тем, что линейные размеры пикселя тепловизионного изображения меньше размеров контакта зонд-полупроводник.
Изобретение поясняется графическими материалами:
На Фиг.1 представлена схема регистрации тепловизионных изображений, где 1 - нагревательный элемент, 2 - подложка, 3 – образец, 4 - тепловизионная (инфракрасная) камера.
На Фиг.2 представлено тепловизионное изображение образца монокристаллического германия.
На Фиг.3 представлен температурный 2D профиль, представляющий график зависимости температуры от координаты.
На Фиг.4 представлен рассчитанный 2D профиль удельного электросопротивления, представляющий график зависимости удельного электросопротивления от координаты.
Заявленный способ заключается в нагревании полупроводниковых кристаллов, регистрации их температурных профилей с помощью инфракрасного тепловизора и дальнейшего расчета карты удельного электрического сопротивления, основанного на значениях в опорных точках, полученных четырехзондовым методом.
Образец размещается на подложке с коэффициентом излучения отличным от коэффициента излучения образца. Подложка с исследуемым образцом располагается на нагревательном элементе. Тепловизионные изображения образца регистрируют с помощью инфракрасной камеры в процессе быстрого нагрева образца (Фиг.1), получают температурные профили посредством программного обеспечения (ПО) тепловизионной камеры, определяют как минимум две опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру образца, в которых четырехзондовым методом измеряют удельное электросопротивление. С помощью уравнения и полученного температурного профиля рассчитывают профиль удельного электросопротивления по всей площади поверхности и интегрально по объему.
Способ осуществляется следующим образом.
Образец, находящийся на подложке, располагают на нагревательном элементе. Регистрируют тепловизионные изображения в момент нагрева, соответствующий началу стабилизации температуры. Тепловизионные изображения представляются в виде температурных профилей (характеристических температурных поверхностей) посредством программного обеспечения. На профиле выбираются две опорные точки, в которых четырехзондовым способом определяется удельное электросопротивление. Далее, согласно уравнению (1), рассчитывают удельное электрическое сопротивление во всех точках температурного профиля и получают профиль удельного электросопротивления. Использование двух опорных точек достаточно в связи с линейной зависимостью между проводимостью и теплопроводностью, однако можно использовать и большее количество точек.
где ρSp1,Sp2,x - удельное сопротивление в двух опорных точках и расчётное, а ТSp1,Sp2,х - соответствующие температуры.
Пример 1. Измерения проводились на образце монокристаллического германия с толщиной 0.7 мм и диаметром 34 мм.
В процессе быстрого нагрева образца было зафиксировано тепловизионное изображение (Фиг.2), на котором были взяты две опорные точки, и измерено удельное электросопротивление с помощью четырехзондового метода, ρSp1=16,5 Ом∙см и ρSp2=24,8 Ом∙см.
С помощью программного обеспечения тепловизора, был построен температурный 2D профиль – Li1, зависимость температуры от координаты (Фиг. 3). После применения уравнения (1) он был преобразован в 2D профиль удельного электросопротивления (Фиг. 4). Для проверки способа четырехзондовым методом измерено удельное электросопротивление вдоль данного профиля. Полученный результат был усреднён,так как размер зонда не позволяет точно позиционировать точку измерений. Общие результаты представлены в таблице:
Таблица
| Номер точки | Температура в точке, °С | Расчетное удельное электросопротивление, Ом∙см | Удельное электросопротивление, четырехзондовый метод, Ом∙см |
| 9 | 66,67 | 20,96 | 21,1 |
| 10 | 66,65 | 21,17 | |
| 18 | 66,4 | 23,76 | 17,6 |
| 19 | 67,33 | 14,11 | |
| 20 | 66,39 | 23,87 | |
| 23 | 66,32 | 24,59 | 23,8 |
| 24 | 66,22 | 25,63 |
Представленные в таблице значения удельного электросопротивления, полученные четырехзондовым методом и заявленным способом, сопоставимы. Однако, заявленный способ позволяет определять значения с большим горизонтальным разрешением, так как размер измерительного зонда в четырехзондовом методе соответствует нескольким пикселям тепловизионного изображения. Данные результаты подтверждают эффективность данного способа для измерения удельного электросопротивления в полупроводниках.
Применение данного способа позволяет определять удельное электросопротивление по площади и в объеме образца, снижая количество контактов с поверхностью, что минимизирует разрушение поверхностного слоя образца, увеличивает разрешающую способность, повышает точность измерений.
Claims (3)
- Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики, включающий измерение удельного электросопротивления четырехзондовым методом, отличающийся тем, что образец размещают на подложке, экранирующей электромагнитное излучение от нагревательного элемента, быстро нагревают, регистрируют его тепловизионное изображение, определяют опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру, измеряют в этих точках электросопротивление четырехзондовым методом, строят температурные профили и на их основании с помощью формулы
- ,
- где p Sp1, Sp2, x- удельное сопротивление в двух опорных точках и расчётное, а TSp1, Sp2, х - соответствующие температуры, рассчитывают профиль удельного электросопротивления полупроводников.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134418A RU2750427C1 (ru) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134418A RU2750427C1 (ru) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2750427C1 true RU2750427C1 (ru) | 2021-06-28 |
Family
ID=76755768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020134418A RU2750427C1 (ru) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2750427C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785802C1 (ru) * | 2022-01-10 | 2022-12-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Способ определения электрофизических характеристик легированных слоёв кремниевых пластин |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1835967A1 (ru) * | 1990-10-29 | 1996-02-20 | Научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина | Способ определения параметров полупроводниковых материалов |
| DE19915051A1 (de) * | 1999-04-01 | 2000-10-12 | Zae Bayern | Verfahren und Vorrichtung zur ortsaufgelösten Charakterisierung elektronischer Eigenschaften von Halbleitermaterialien |
| EP1413892A2 (en) * | 2002-10-22 | 2004-04-28 | Solid State Measurements, Inc. | Method and apparatus for measuringcharge carrier lifetime of a semiconductor wafer |
| WO2009007164A2 (en) * | 2007-05-18 | 2009-01-15 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Junction-photovoltage method and apparatus for contactless determination of sheet resistance and leakage current of semiconductor |
| UA66947U (ru) * | 2011-06-29 | 2012-01-25 | Винницкий Национальный Технический Университет | Микроэлектронное четырех-зондовое устройство для измерения полупроводникового сопротивления |
| UA76387U (ru) * | 2012-03-19 | 2013-01-10 | Винницкий Национальний Технический Университет | Микроэлектронное четырех-зондовое устройство для измерения полупроводникового сопротивления |
-
2020
- 2020-10-20 RU RU2020134418A patent/RU2750427C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1835967A1 (ru) * | 1990-10-29 | 1996-02-20 | Научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина | Способ определения параметров полупроводниковых материалов |
| DE19915051A1 (de) * | 1999-04-01 | 2000-10-12 | Zae Bayern | Verfahren und Vorrichtung zur ortsaufgelösten Charakterisierung elektronischer Eigenschaften von Halbleitermaterialien |
| EP1413892A2 (en) * | 2002-10-22 | 2004-04-28 | Solid State Measurements, Inc. | Method and apparatus for measuringcharge carrier lifetime of a semiconductor wafer |
| WO2009007164A2 (en) * | 2007-05-18 | 2009-01-15 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Junction-photovoltage method and apparatus for contactless determination of sheet resistance and leakage current of semiconductor |
| UA66947U (ru) * | 2011-06-29 | 2012-01-25 | Винницкий Национальный Технический Университет | Микроэлектронное четырех-зондовое устройство для измерения полупроводникового сопротивления |
| UA76387U (ru) * | 2012-03-19 | 2013-01-10 | Винницкий Национальний Технический Университет | Микроэлектронное четырех-зондовое устройство для измерения полупроводникового сопротивления |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GOST 24392-80 Monocrystalline silicon and germanium. Measurement of electrical resistivity by the four-probe method. * |
| ГОСТ 24392-80 Кремний и германий монокристаллические. Измерение удельного электрического сопротивления четырехзондовым методом. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785802C1 (ru) * | 2022-01-10 | 2022-12-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Способ определения электрофизических характеристик легированных слоёв кремниевых пластин |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108760546B (zh) | 一种基于红外热像技术的疲劳裂纹扩展速率测量方法 | |
| CN109839406A (zh) | 一种界面接触热阻的高精度测试方法 | |
| JP3349503B2 (ja) | 試料表面のパラメータ差映像用方法と装置 | |
| Shimoji et al. | Measurement of core-loss distribution using thermography | |
| JPH08509840A (ja) | 半導体材料のマッピング方法および装置 | |
| RU2750427C1 (ru) | Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики | |
| US7095224B2 (en) | Process control and damage monitoring | |
| Ryu et al. | Surface-temperature measurement and submicron defect isolation for microelectronic devices using thermoreflectance microscopy | |
| CN111060406A (zh) | 一种高精度蠕变疲劳裂纹扩展试验机 | |
| JP5048139B2 (ja) | 鉄損分布測定装置 | |
| Carreon et al. | On the role of material property gradients in noncontacting thermoelectric NDE | |
| JP2008300795A (ja) | 熱電材料の温度測定装置 | |
| Montanini et al. | A new method for the determination of the coefficient of thermal expansion of solid materials | |
| WO2010101006A1 (ja) | 導電性試料の比熱容量及び半球全放射率の測定方法及び装置 | |
| JP2004003872A (ja) | 熱電変換材料の評価方法 | |
| Schaulin et al. | Thermographic inspection method for quality assessment of power semiconductors in the manufacture of power electronics modules | |
| RU2439541C1 (ru) | Способ определения электропроводности и толщины полупроводниковых слоев | |
| Yamada et al. | Emissivity compensation utilizing radiance distribution in thermal images for temperature measurement of electronic devices | |
| RU2709708C1 (ru) | Способ измерения температурной зависимости коэффициента теплопроводности электропроводящих материалов при высоких температурах | |
| Sato et al. | Investigation of space charge behavior in polyimide film during elevating temperature [spacecraft thermal blanket applications] | |
| SU659100A3 (ru) | Способ определени параметров термической обработки и деформировани | |
| KR20200058162A (ko) | 복합재의 열팽창계수 측정 장치 및 방법 | |
| Wernick et al. | Visualization of spatial conductivity irregularities within conductive rubber sheets | |
| Chrzanowski et al. | Testing of thermal imagers for nondestructive thermal testing applications | |
| Vila et al. | Thermally induced EMF in unirradiated MI cables |