SU1100544A1 - Method of local measuring semiconductor material specific resistance - Google Patents

Method of local measuring semiconductor material specific resistance Download PDF

Info

Publication number
SU1100544A1
SU1100544A1 SU833562823A SU3562823A SU1100544A1 SU 1100544 A1 SU1100544 A1 SU 1100544A1 SU 833562823 A SU833562823 A SU 833562823A SU 3562823 A SU3562823 A SU 3562823A SU 1100544 A1 SU1100544 A1 SU 1100544A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
semiconductor material
magnetic field
resistivity
studied
ferromagnetic
Prior art date
Application number
SU833562823A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владимирович Помялов
Original Assignee
Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср filed Critical Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср
Priority to SU833562823A priority Critical patent/SU1100544A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1100544A1 publication Critical patent/SU1100544A1/en

Links

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА, вкл|очающий воздействие на исследуе№1й полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты, отличающийс  тем, что с целью увеличени  разрешающей способности и расширени  диапазона измер емых величин, к исследуемой области исследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый.образец , на кот,орый воздействуют внешним посто нным магнитным полем, напр женность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикул рно переменно-. § му магнитному полю, после чего измер ют ширину линии ферромагнитно (Л го резонанса ферритового образца с в присутствии исследуемого полупроводникового материала и без него и по изменению ширины линии ферромагнитного резонанса определ ют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области. о о СП 4 METHOD FOR LOCAL resistivity semiconductor material, incl | ochayuschy effect on issledue№1y semiconductor material alternating magnetic field of microwave frequency, characterized in that in order to increase the resolution and range expansion proxy measured quantities to the investigated area of the test of the semiconductor material is applied ferritovyy.obrazets which is impacted by an external constant magnetic field, the intensity of which corresponds to the ferromagnetic condition resonance, and which is perpendicular peremenno-. § a magnetic field, after which the ferromagnetic line width is measured (the Lth resonance of the ferrite sample with and without the presence of the semiconductor material under study and by changing the width of the ferromagnetic resonance line determines the resistivity of the semiconductor material under study in the area under study.

Description

1 Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к спо собу измерени  удельного сопротивле ни  полупроводниковых материалов с помощью микроволн, и может быть использовано дл  контрол  распределени  примесей в полупроводниковых материалах. Известен способ локального безконтактного измерени  удельн.ого сопротивлени  полупроводниковых материалов , включающий воздействие на исследуемый материал переменным электрическим полем высокой частоты согласно которому исследуемый материал помещают около отверсти  в сте ке полого металлического резонатора которое расположено в области наибольшего электрического пол  резонатора , и удельное сопротивление ма териала определ ют по изменению мощ ности сигнала, проход щего через ре зонатор, при приложении материала к отверстию. Удельное сопротивление определ етс  посредством расчета, если известна диэлектрическа  прони цаемость материала на частоте переменного электрического пол , или посредством градуировки по образцам данного полупроводника с известным удельным сопротивлением l . Однако способ обладает невысокой разрешающей способностью, обусловле ной тем, что в диапазоне рабочих ча тот пор дка 1 ГГц не удаетс  сконцентрировать электрическое поле ре зонатора в области измерительного отверсти  с размерами существенно меньшими 1 мм. Наиболее близок к предлагаемому способ бесконтактного локального измерени  удельного сопротивлени  полупроводниковых материалов, включающий воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверх высокой частоты, согласно которому исследуе мый полупроводниковый материал поме щают вблизи зазора индуктивного датчика, выполненного в виде торроидальной катушки, и удельное сопротивление определ ют по изменению до добротности индуктивного датчика с учетом градуировки, проведенной по образцам любого немагнитного полу проводника с известным удельным сопротивлением 2j . 42 Однако известный способ также характеризуетс , невысокой разрешающей способностью. Кроме того, каждый индуктивный датчик обеспечивает измерение удельного сопротивлени  в диапазоне, ограничейном одним-двум  пор дками величины , и поэтому дл  измерени  уделького сопротивлени , например от 10 до см., необходимо использовать четыре датчика. Цель изобретени  - увеличение разрешающей способности и расширение диапазона.измер емых величин. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу локального измерени  удельного сопротивлени  полупроводниковых материалов, включающему воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты , к исследуемой области исследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый образец на который воздействуют внешним посто нным магнитным полем, напр женность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикул рно переменному магнитному полю, после чего измер ют ширину линии ферромагнитного резонанса ферритового образца в присутствии исследуемого полупроводникового материала и без него и по изменению ширины линии ферромагнитного резонанса определ ют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области. На фиг. 1 приведена схема устройства дл  реализации способа, на иг. 2 - линии ферромагнитного резонанса ферритового образца. Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, соединенньш с первым плечом циркул тора 2, второе , плечо которого соединено с короткозамкнутым волноводом 3, в пучность агнитного пол  которого помещен ерритовый образец 4, исследуемый олупроводниковый материал 5, детек ор 6, соединенный с третьим плечом иркул тора 2, и магнит 7, между олюсами которого помещен короткоамкнутый волновод 3 с ферритовьш бразцом 4. . Предлагаемый способ осуществл ют лёдук цим образом. с генератора 1 через циркул тор 2 подают СВЧ-сигнал частоты в корот козамкнутый волновод 3, в результат чего в волноводе в области расположени  ферритового образца 4 возникает переменное магнитное norte h. Одновременно с помощью магнита 7 в области расположени  ферритового образца 4 создают магнитное поле Н, напра.вление которого перпендикул рн полю h. Величину магнитного пол  Н выбирают из услови  возбуждени  фер ромагнитного резонанса (ФМР) в ферритовом образце 4. При резонансе измен етс  величина мощности Р отраженной от короткозамкнутого вол новода-З, котора  выдел етс  с помощью циркул тора 2 и направлетс  на детектор 6. Зависимость величины сигнала на детекторе 6 от величины посто нного магнитного пол  Н изобр жена кривой а на фиг. 2, где Нр величина магнитного пол , соответст вующа  услови м возбуждени  ФМР в данном ферритовом образце на частоте W . Ширину линии ФМР 2U HQ опред л ют в соответствии с фиг. 2 по ширине пика сигнала на детекторе на уровне 0,5. Затем исследуемый полупроводниковый материал 5 помещают в короткозамкнутый волновод так, чтобы ферритовый образец находилс  на поверхности исследуемого полупро водникового материала 5 в области измерени  его удельного сопротивлени , после чего также измер ют ширину линии ФМР ферритового образца (крива  б на фиг. 2). При этом во врем  ферромагнитного резонанса пер менное магнитное, поле собственных колебаний намагниченности ферритового образца взаимодействует с элект ронами проводимости полупроводника, в результате чего ширина 2лН линии ФМР (крива  б) оказываетс  щире соб ственной ширины 2ЛН0ЛИНии ФМР (крива  а) в отсутствии полупроводникевого материала. Сравнива  величину 2й.Н с 2aHQ, по ушйрению линии ФМР (8 2йН - 2йНр) определ ют удельное сопротивление полупроводниково го материала. Градуировка проводитс по образцам любого немагнитного полупроводника с известным значением удельного сопротивлени . Дл  этого снимаетс  зависимость ширины линии ФМР ферритового образца от величины удельного сопротивлени  иссле4 полупроводникового матедуемого риала. Наибольшее изменение ширины линии ФМР, т.е. наибольша  чувствительность способа при одинаковых размерах наблюдаетс  при использовании дл  измерений ферритового образца в виде сферы. Нар ду с этим могут использоватьс  ферритовые образцы другой конфигурации, например в виде диска, цилиндра и т.д. Выбор моды ФМР образца, дл  которой измер етс  уширение линии S , определ етс  величиной удельного сопротивлени  исследуемого материала а также удобством регистрации величины 8 , так как разные моды ФМР при одной величине S удельного сопротивлени  ушир ютс  неодинаково. Это позвол ет измер ть удельное сопротивление в широком диапазоне величин при использовании одного ферритовоГо образца. Так, например, при одной и той же величине 5 мода ФМР ферритовой сферы с индексами (2,1,0) ушир етс  примерно на пор док слабее , чем однородна  мода (1,1,0), дл  которой уширение S имеет наибольшую величину, а мода (3,1,0) примерно на пор док слабее, чем мода (2,1,0). Определенна  описанным способом величина удельного сопротивлени   вл етс  средней дл  области полупроводникового материала с размерами , равными размерам ферритового образца. Частота ФМР ферритового образца определ етс  внешним магнитным полем, параметрами феррита и конфигурацией образца, и не зависит от абсолютньк размеров образца. Поэтому, не измен   рабочей частоты генератора 1, можно уменьшить размеры образца, улучша  тем самым пространственное разрешение способа. Причем при уменьшении радиуса R сферы чувствительность уменьшаетс  пропорционально R в то врем , как в изв естных способах чувствительность уменьшаетс  как D (где D диаметр измерительного отверсти  или зазора). Поэтому в предлагаемом способе наблкщаетс  значительно больша  разрешанща  способность при достаточно высокой чувствительности и больший диапазон измер емых величин за счет возможности использовани  разных мод ФМР ферритового образца .1 The invention relates to a measurement technique, in particular, to a method for measuring the resistivity of semiconductor materials using microwaves, and can be used to control the distribution of impurities in semiconductor materials. A method is known for locally contactless measurement of the specific resistance of semiconductor materials, including an impact on the material under study by a high-frequency alternating electric field, according to which the material under study is placed near a hole in the stack of a hollow metal resonator located in the region of the largest electric field of the resonator, and the specific resistance of the material is determined According to the change in the power of the signal passing through the cavity when the material is applied to the hole. The resistivity is determined by calculating if the dielectric constant of the material is known at the frequency of an alternating electric field, or by graduating samples of a given semiconductor with a known resistivity l. However, the method has a low resolution, due to the fact that in the operating frequency range of this order of 1 GHz it is not possible to concentrate the electric field of the resonator in the area of the measuring orifice with dimensions much smaller than 1 mm. Closest to the proposed method of contactless local measurement of the resistivity of semiconductor materials, including the exposure of the semiconductor material under investigation to an alternating magnetic field of ultra high frequency, according to which the semiconductor material under investigation is placed near the inductive sensor gap, which is in the form of a torroid coil, and the resistivity is determined on the change to the quality factor of the inductive sensor, taking into account the calibration carried out on samples of any emagnitnogo semi conductor with a known resistivity 2j. 42 However, the known method is also characterized by low resolution. In addition, each inductive sensor provides a measurement of the resistivity in the range of one to two orders of magnitude, and therefore, four sensors are necessary to measure the specific resistance, for example, from 10 to cm. The purpose of the invention is to increase the resolution and expand the range of the measured values. This goal is achieved in that according to the method of local measurement of the resistivity of semiconductor materials, including an impact on the semiconductor material under investigation by an alternating magnetic field of ultrahigh frequency, a ferrite sample is applied to the area of the semiconductor material under investigation which is affected by an external constant magnetic field, the intensity of which corresponds to the condition ferromagnetic resonance, and which is perpendicular to the alternating magnetic field. Liu then measured line width of ferromagnetic resonance in the presence of the ferrite specimen of semiconductor material under study and without it, and to change the ferromagnetic resonance linewidth is determined by the resistivity of the semiconductor material under study in the test area. FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for implementing the method, on i. 2 - lines of ferromagnetic resonance of the ferrite sample. The device contains a high-frequency generator 1 connected to the first arm of the circulator 2, the second one whose shoulder is connected to the short-circuited waveguide 3, where the arritic sample 4, the investigated semiconductor material 5, detector 6, is connected to the third arm and the diverter 2, and a magnet 7, between which the short-circuited waveguide 3 with ferrite specimen 4 is placed. The proposed method is carried out by ice cim. From the generator 1 through the circulator 2, the microwave frequency signal is fed to the short-circuited waveguide 3, as a result of which a variable magnetic norte h appears in the waveguide in the region of the ferrite sample 4. At the same time, using a magnet 7 in the region of the location of the ferrite sample 4, a magnetic field H is created, the direction of which is perpendicular to the field h. The magnitude of the magnetic field H is chosen from the condition of excitation of ferromagnetic resonance (FMR) in the ferrite sample 4. At resonance, the magnitude of the power P reflected from the short-circuited waveguide-3, which is separated out by the circulator 2 and directed to the detector 6 of the signal on the detector 6 on the magnitude of the constant magnetic field H is represented by the curve a in FIG. 2, where Hp is the magnetic field value corresponding to the conditions for the excitation of FMR in a given ferrite sample at frequency W. The width of the FMR 2U HQ line is determined in accordance with FIG. 2 the width of the peak signal at the detector at 0.5. Then the investigated semiconductor material 5 is placed in a short-circuited waveguide so that the ferrite sample is on the surface of the investigated semiconductor material 5 in the area of measuring its resistivity, and then the width of the FMR line of the ferrite sample is also measured (curve b in Fig. 2). At the same time, during ferromagnetic resonance, a variable magnetic field of the natural oscillations of the ferrite sample interacts with the conduction electrons of the semiconductor, with the result that the width of 2nN of the FMR line (curve b) turns out to be a width of the intrinsic width of 2PLNLINii FMR (curve a) in the absence of semiconductor material. Comparing the value of 2H. To 2aHQ, the resistivity of the semiconductor material is determined from the piping of the FMR line (8 2yH - 2yNr). Calibration is carried out on samples of any non-magnetic semiconductor with a known resistivity value. For this, the dependence of the width of the FMR line of the ferrite sample on the value of the resistivity of a semiconductor rial test is removed. The greatest change in the width of the FMR line, i.e. The highest sensitivity of the method with the same dimensions is observed when using a sphere ferrite sample for measurements. Along with this, ferrite samples of another configuration can be used, for example, in the form of a disk, cylinder, etc. The choice of the FMR mode of the sample, for which the broadening of the S line is measured, is determined by the magnitude of the resistivity of the material under study as well as by the convenience of detecting the value of 8, since different FMR modes with one S value of the resistivity are not evenly broadened. This makes it possible to measure resistivity in a wide range of values using a single ferrite sample. For example, at the same magnitude 5, the FMR mode of the ferrite sphere with indices (2.1.1) is broader by approximately an order of magnitude weaker than the uniform mode (1.1.0), for which the broadening S has the largest value , and the mode (3,1,0) is approximately an order of magnitude weaker than the mode (2,1,0). The resistivity determined by the method described is average for the region of the semiconductor material with dimensions equal to the dimensions of the ferrite sample. The frequency of the FMR of the ferrite sample is determined by the external magnetic field, the parameters of the ferrite, and the configuration of the sample, and does not depend on the absolute size of the sample. Therefore, without changing the operating frequency of the generator 1, it is possible to reduce the sample size, thereby improving the spatial resolution of the method. Moreover, as the sphere radius R decreases, the sensitivity decreases in proportion to R, while in sensible methods the sensitivity decreases as D (where D is the diameter of the measuring hole or gap). Therefore, in the proposed method, the resolution is significantly greater at a sufficiently high sensitivity and a larger range of measured values due to the possibility of using different FMR modes of the ferrite sample.

Claims (1)

СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНЙЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИ-METHOD OF LOCAL MEASUREMENT OF INDIVIDUAL RESISTANCE OF SEMICONDUCTOR- КОВОГО МАТЕРИАЛА, включающий воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты, отличающийся тем, что с целью увеличения разрешающей способности и расширения диапазона измеряемых величин, к исследуемой области исследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый.образец, на который воздействуют внешним постоянным магнитным полем, напряженность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикулярно переменно-. му магнитному полю, после чего измеряют ширину линии ферромагнитного резонанса ферритового образца в присутствии исследуемого полупроводникового материала и без него и по изменению ширины линии ферромагнитного резонанса определяют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области.KOVO MATERIAL, including exposure to the studied semiconductor material with an alternating magnetic field of ultrahigh frequency, characterized in that in order to increase the resolution and expand the range of measured values, a ferrite sample is applied to the studied region of the studied semiconductor material, which is exposed to an external constant magnetic field, tension which corresponds to the condition of ferromagnetic resonance, and which is perpendicular to variable. magnetic field, after which the line width of the ferromagnetic resonance of the ferrite sample is measured in the presence of the studied semiconductor material and without it and the change in the line width of the ferromagnetic resonance determines the specific resistance of the studied semiconductor material in the studied area. 1100544 21100544 2
SU833562823A 1983-03-11 1983-03-11 Method of local measuring semiconductor material specific resistance SU1100544A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833562823A SU1100544A1 (en) 1983-03-11 1983-03-11 Method of local measuring semiconductor material specific resistance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833562823A SU1100544A1 (en) 1983-03-11 1983-03-11 Method of local measuring semiconductor material specific resistance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1100544A1 true SU1100544A1 (en) 1984-06-30

Family

ID=21053204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833562823A SU1100544A1 (en) 1983-03-11 1983-03-11 Method of local measuring semiconductor material specific resistance

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1100544A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Алмакаев В.Б., Медведев Ю.В., Петров А.С. Резонатор дл бесконтактного измерени удельного сопротивлени полупроводниковых материалов. М., Электронна техника. Сер. 1 Электроника СВЧ, вып. 4/328/, 1981, с. 48. 2. Фистуль В.И., Оржевский О.Б. Беззондовый метод измерени удельного сопротивлени сильно легированных полупроводников. - Заводска лаборатори , 1963, 11 с. 1327 (прототип). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4286216A (en) Ferromagnetic resonance probe and method for flaw testing in metals
US20040100278A1 (en) Ferromagnetic resonance measurement
US4290017A (en) Apparatus and method for nondestructive evaluation of surface flaws in conductive materials
EP0337253A2 (en) Apparatus and method for characterizing conductivity of materials
US3621382A (en) Anistropic thin ferromagnetic film magnetometer
JP3860840B2 (en) Cross-loop resonator structure for spectroscopy.
SU1100544A1 (en) Method of local measuring semiconductor material specific resistance
US2489092A (en) High-frequency surface testing instrument
Seck et al. A sensitive broadband high-frequency electron spin resonance/electron nuclear double resonance spectrometer operating at 5–7.5 mm wavelength
Naletov et al. Quantitative measurement of the ferromagnetic resonance signal by force detection
RU2714314C1 (en) Method of measuring magnetic characteristics of ferromagnetic films and device for its implementation
US3576489A (en) Phase detection and comparison apparatus for determining the phase derivative with respect to frequency of an eddy current test signal
Dube et al. Measurement of the permittivity of films at microwave frequencies
Abouelwafa et al. Optimization of continuous wave nuclear magnetic resonance to determine in situ volume fractions and individual flow rates in two component mixtures
RU2707421C1 (en) Sensitive element of a ferromagnetic resonance scanning spectrometer with frequency tuning
RU2677113C1 (en) Method of control of electrical wire object length
GB2187558A (en) Determining the magnetic flux density within a specimen during magnetic particle inspection techniques
SU1078371A1 (en) Device for measuring parameters of thin magnetic films
RU2816116C1 (en) Microwave detector of ferromagnetic resonance spectrometer
SU1758413A1 (en) Method of testing metal surface layer thickness
RU2298202C1 (en) Method of measurement of magnetic field strength
US20230184850A1 (en) Precision magnetometer
Koledintseva et al. Spectrum visualization and measurement of power parameters of microwave wide-band noise
SU1137410A1 (en) Method of touch-free measuring cylinder-shaped conductive non-magnetic specimen conductivity
JPH0666908A (en) Esr device