SU1583814A1 - Устройство дл измерени удельного сопротивлени полупроводниковых материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерени  параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано дл  контрол  удельного сопротивлени  пластин и слитков поли- и монокристаллов кремни , арсенида галли , теллурида кадми  и т.д. Цель изобретени  - повышение точности, производительности измерений в широком интервале температур, расширение диапазона измер емых удельных сопротивлений. Устройство содержит генератор 6 высокой частоты и высокочастотной вольтметр 7. Генератор 6 высокой частоты подключен к делителю напр жени , состо щему из соединенных последовательно образца полупроводникового материала и нагрузочного сопротивлени  R нг. Сигнал, пропорциональный удельному сопротивлению полупроводника, может сниматьс  как с нагрузочного сопротивлени , так и с образца в зависимости от диапазона измер емых удельных сопротивлений. При этом образец включаетс  в измерительную цепь посредством емкостной св зи, образованной пластинами, и планарного конденсатора, размещенного на измерительной плате 5, к которой образец прижимаетс  стопорным штифтом 2. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относитс  к области метрики параметров полупроводниковых материалов и может быть использовано при контроле удельного сопротивлени  пластин и слитков кремни , арсенида галли , теллурида кадми  и т.д., а также может использоватьс  дл  измерени  радиального и продольного распределений удельного сопротивлени  по слиткам моно- и поликристаллов.

Цель изобретени  - повышение точности и производительности измерений в широком температурном диапазоне, расширение диапазона измер емых удель ных сопротивлений.

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 упрощенна  эквивалентна  схема измерени  высокоомных полупроводниковых образцовj на фиг. 3 - измерительна  плата с планарным конденсатором на фиг. 4 - зависимость уровн  высокочастотного сигнала от удельного сопротивлени  кремниевых образцов тол- щиной мм; на фиг. 5 - упрощенна  схема устройства, предназначенного дл  измерени  низкоомных образцов; на фиг. 6 - график зависимости уровн  сигнала от удельного сопротивлени  образцов кремни .

Устройство содержит полупроводниковый образец 1, стопорный штифт 2, предназначенный дл  прижима образца к планарному конденсатору, пенопласте вую ванну 3 дл  жидкого азота, электрды планарного конденсатора 4, измерительную плату 5, образующие измерительную  чейку, генератор б высокой частоты, высокочастотный вольт- метр 7. Выход генератора 6 высокой частоты соединен с последовательно включенными сопротивлением (R0) по лупроводникового образца и переходными контактными емкост ми.

На фиг. 2 также обозначены сопротивление нагрузки (R.,r) и входное со/ ™

противление (R н ).

Физическа  сущность способа измерений , реализуемого устройством, за- ключаетс  в следующем. При включении образца полупроводникового материала в высокочастотную цепь посредством емкостных контактов ток, текущий через полупроводник, состоит из двух составл ющих - тока проводимости, завис щего от концентрации и подвижности свободных носителей зар да, содержащихс  в полупроводнике при данной температуре, и тока смешени , величина которого зависит от диэлектрической проницаемости Ј, св занной со строением кристаллической решетки полупроводникового материала. Дл  одного и того же полупроводника В const и независит от удельного сопротивлени , поэтому изменение тока , протекающего по цепи: генератор - образец - нагрузочное сопротивление - земл , зависит только от тока проводимости или от сопротивлени  участка образца, включенного в измерительную цепь. Это1 сопротивление св зано с удельным сопротивлением р соотношением R 0 Р К, где К - коэффициент включени , который зависит от конфи- гурации электродов, измерительного зазора между ними и толщины образца. Точный расчет коэффициента включени  дл  планарного конденсатора  вл етс  сложной задачей, поэтому дл  конкретных практических применений достаточно произвести градуировку по образцам с известными номиналами 0 определенными независимым методом.

Примером конкретного применени  устройства может служить устройство дл  измерени  удельного сопротивлени  пластин кремни  и теллурида кадми  (фиг. 1 и фиг. 2). Генератор 6 высокой частоты нагружен на делитель, состо щий из сопротивлени  образца (Rfl) и сопротивлени  нагрузки (R ц), на котором измер етс  сигнал, пропорциональный току, протекающему по цепи Площадь контактных площадок планарного конденсатора (фиг.З) и рабоча  частота выбираютс  такими, чтобы можно было пренебречь контактным сопротивлением емкостей Сц. Номинал сопротивлени  нагрузки выбираетс  из соображений перекрыти  требуемого диапазона о . Сопротивление нагрузки генератора R нг служит дл  согласовани  схемы с выходным сопротивлением генератора 6 высокой частоты. На фиг. 4 представлены градуировочные кривые, отражающие зависимость сигнала от удельного сопротивлени  пластин кремни  толщиной 1 мм при разных сопротивлени х нагрузки на нескольких частотах. Снижение уровн  сигнала при уменьшении частоты св зано с заметным вли нием (увеличением ) реактивного сопротивлени  контактных емкостей Ск. Это затрудн ет измерение низкоомных образцов,

а выход на насыщение при малых о увеличивает погрешность их измерени . Полочка при высоких Р на высоких частотах обусловлена преобладанием тока смещени  над током проводимости . В данной установке требуемый диапазон р (5-10 -lu) OMICM перекрываетс  на двух частотах 20 и 5 МГц при сопротивлении нагрузки 62 Ом. При этом инструментальна  погрешность измерений равна 5,2%, погрешность градуировки на f 20 МГц 1,8%, на f - 5 МГц 7,3%. Диапазон измер емых удельных сопротивлений на частоте 20 МГц 3,7-1 07, 7 1 0 Ом с на частоте 5 МГц 3,7 О4. Измерени  провод тс  при любой температуре от комнатной до жидкого азота Дл  этого измерительна  плата помещена в пенопластовый криостат. То, что измерени  образцов теллурида кадми  провод тс  на установке, про- градуированной кремниевыми образцами , существенной роли не играет, поскольку разница в диэлектрической проницаемости этих материалов невелика Ј„ 11,7, 10,9.

р

СЬ

Кт

Устройство работает следующим образом .

На генераторе 6 устанавливают рабочую частоту. Металлической пластиной замыкают электроды планарного конденсатора 4 и по высокочастотному вольтметру 7 выставл ют калибровочное напр жение , равное 3В 3 10Э мВ. Устанавливают измер емый образец на рабочую позицию и стопорным штифтом 2 поджимают его к электродам. Производ т отсчет сигнала по шкале высокочастотного вольтметра 7 с учетом предела измерений. По градуировочному графику или таблицам определ ют удельное сопротивление образца.

В случае измерени  низкоомных образцов (фиг.5) сигнал снимаетс  с самого образца,

На графике (фиг.6) представлена зависимость уровн  сигнала от удель , . 583814 4

ного сопротивлени  образцов кремни  толщиной 1 мм при сопротивлении па- грузки 100 Ом и 1 КОм на частоте 5 МГц. Использу  подобную схему измерений , диапазон р расширен в сторону низких удельных сопротивлений до Ом-см, причем подбор номинала Р-н обеспечивает настройку участка с максимальной чувствительностью по р на нужный диапазон уров10

ней сигналов,

Claims (2)

1. Устройство дл  измерени  удельного сопротивлени  полупроводниковых .материалов, содержащее генератор вы- сокойй частоты, высокочастотный вольт20 метр и измерительную  чейку с конденсатором , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и производительности измерений в широком интервале температур, расшире25 ни  диапазона измер емых удельных

сопротивлений, конденсатор измерительной  чейки выполнен в виде планарного конденсатора, перва  обкладка которого соединена с выходом генератора

30 высокой частоты, а втора  обкладка соединена с первым выводом нагрузочного резистора и входом высокочастотного вольтметра, второй вывод нагрузочного резистора соединен с обшей шиной, причем исследуемый образец размещен в измерительной  чейке компланарно с обкладками планарного кон35

денсатора,

2. Устройство по п. 1

о т л и - нагруэоч

чающеес  тем, что ный резистор включен между выходом генератора высокой частоты и первой обкладкой планарного конденсатора измерительной  чейки, к которой подключен вход высокочастотного вольтметра , втора  обкладка планарного конденсатора измерительной  чейки соединена с общей шиной.

со

0

оо ю

а§

4 i

5

I

I

$5

gs

в и а

. Риг. 5

Ю