Способ измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп 7659 О 9(1)М К 3 Н 011, 21/бб Государственный комнтет СССР по делам изобретений н открытий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использоваио для измерения электрического удельного сопротивления полупроводниковых материалов.Известен способ измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов, основанный на измерении сопротивления растекания контакта. металл-полупроводник 11. Определяемое по этому способу удельное сопротивление связано с сопротивлением растекания Нз зависимостью где й - эффективнь 1 й радиус контак 6тирования,Недостатком этого метода является высокая .погрешность, обусловленная погрешностью определенияэффективного радиуса контактироваиия,Известен также способ измеРенияудельного электрического сопротив-ления полупроводниковых материалов,основанный на измерении сопротивления растекания металлического зондо ваго контакта к полупроводнику, определении эффективного радиуса контактирования и определении удельного сопротивления расчетным путем (2),В этом способе для определения эффективного радиуса контактирования измеряется емкость барьера Шоттки зондового контакта, которая пропорциональна эффективной площади контактирования и, следовательно, эфФективному радиусу контактирования,Недостатками этого способа являются его сложность, обусловленная сложностью измерения барьерной емкости малой площади, а также непригодность для измерения удельного сопротивления сильнолегированных полупроводниковых материалов, так как контакты к ним обладают омическими характеристиками.Цель изобретения - упрощение и обеспечение возможности измерений удельного;сопротивления .сильнолегированных полупроводников.Это достигается тем, что для определения эффективного радиуса контактирования через зондовый контакт пропускают два импульса тока равной амплитуды и длительно30 50 сти, но противоположной полярностии регистрируют возникающие приэтом термо-ЭДС.Измерение удельного сопротивления полупроводника по предлагаемо"му способу проводится следующимобразом,После установки зонда на образецизмеряется сопротивление контактазонд-полупроводник, т.е, сопротивле"ние. растекания НЬПосле этого синтервалом времени, достаточным дляустановления теплового. равновесияв системе зонд-образец, через контакт пропускают два импульса .токаодинаковой амплитуды и длительности с противоположной полярностью.При протекании через контакт тока,3 в приконтактной области выделяется тепловая энергия Р, алгебраически суммирующаяся из теплаДжоуля Э й и тепла Пельтье ПЭ, гдеП - коэффициент Пельтье. Р=+ ПЭ +ЭКЮВыделяющаяся энергия создаетв полупроводнике градиент температуры .АТ:ггде й - термическое сопротивлениеконтакта;Е - безразмерный коэффициент,учитывающий распределениетепла Джоуля в приконтактной области.Градиент температуры приводит кпоявлению на контакте сигнала термоЭДС Ч:Ч =АьТ = ПЭйт +ЮГЭ й 5 йтгде А - коэффициент дифференциальнойтермо-ЭДС полупроводника,Поскольку тепло Пельтье в зависимости от направления тока может либовыделяться, либо поглощаться на контакте, амплитуда сигнала термо-ЭДСбудет зависеть от направления тока;Ч+ =+йПЭй + . ГЭ й й (тепло(тепло Пельтье выделяется на контакте)Ч =-,(ПЭй .д.ГЗ й Я(тепло Пельтье поглощается на контак"те),Исключая из этих уравнений теплоДжоуля, имеемьЧ =ч + -ч:Ы пэй =Ыт Эйтак как П = сТДальнейшие элементарные преобразо"вания с целью исключения параметраа(,приводят к следующему выражениюдля термического сопротивления Кгде Ч = Ч+ ЧВ выражении для й. величины Ч , ТЯ( ФДЧ( и йз изменяются непосредственно, а безразмерный коэффициент Й,зависящий от соотношения сопротивлений материала зонда и полупроводника,является подгоночным параметрам, изменяясь в пределах 0,5-:1,0.С учетом того, что контактированиезонда с полупроводником происходитпо вершинам микронеоднородностей,а термическое сопротивление складывается из термического сопротивлениягазовой прослойки в зазоре междуповерхностью зонда и полупроводникаи термического сопротивления, обус 1,ловленного стягиванием теплового потока в местах контактирования микронеоднородностей зонда и полупроводника, конечное выражение для термического сопротивления имеет вид:20б 9 (и4 Е д П 3 ед+ИЪ 2 Ъ В (а 1-2 оер 5 где д - средняя высота микронеровностей поверхности зонда;п - общее количество микровыступов;А - приведенная теплопроводностьконтакта;амплитуда токовых импульсов;и - глубина конуоного отпечатка;(1 е- эффективный радиус контактирования,Ч .(ф )1Ч 12 сив 1 в ",14)404 "-Ф, " .Фгде и - коэффициент идеальности контакта;еп где Я - эффективная площадь конВтактирования;Би - номинальная площадь контактирования,П р и м е р . Производят измерения на образцах теллурида свинцаи-,.типа с концентрацией носителей510 ц -: 210 см-, имеющих удельное сопротивление=3 10 3; 100 м.смИспользуют вольфрамовый зонд, заточенный электролитически до радиусазакругления острия 0,1-0,3 мкм.Данные, полученные при измерениях приведены в таблице,765909 Значение Прибор для измерения Параметр Ток 3-, мкА фотоусилитель Ф/1Цифровой вольтметр В 7-21Осциллограф С 8-13 Напряжение П , мкВ Термо-ЭДС Ч , мкВ 120 Осциллограф С 8-13 Термо-ЭДС Ч , мкВ 48 Ток импульса,Э, мА Амперметр М 1104 10 Радиус отпечатка зонда;й, мкм Микроскоп МИММикроскоп МИМГлубина отпечатка И, мкм Средняя высота микровыступов о , мкм0,01 Микроскоп МИМ(оценка) Плотность микровыступов Ь и: - 1 м 610 Микроскоп МИМ(оценка) Формула изобретения 40 45 Составитель Л, Смирнов Редактор Т, Клюкина Техред М. Левицкая , Корректор Ю. Макаренко6521/49 Тираж 844 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета .СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Заказ филиал ППП 1 фПатентфф, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 По данным приведенным в таблице расчитаны сопротивление растекания В = 3,0 Ом, эФфективный радиус ,Вконт ак тиров ани я а = О, 14 мк м, удельное сопротивление р =2,64 10 40 мсм.Усреднение данных шестидесяти из. мерений удельного сопротивления по предлагаемому способу с разрешением по координате 2 мкм дало значение Я = 2,51 10 Ом,см, что с то чиостью 5 совпадает с величиной р измеренной двухзондовым способом,Способ измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов, основанный на измерении сопротивления растекания металлического зондового контакта к полупроводнику, определении эффективного радиуса контактирования и определении удельного сопротивления расчетным путем, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения и обеспечения возможностиизмерений удельного сопротивлениясильнолегированных полупроводников,для определения эффективного радиусаконтактирования через зондовый контакт пропускают два импульса токаравной амплитуды и длительности, нопротивоположной полярностии регистрируют возникающие при этом термоЭДС,Источники информации,принятыево внимание при экспертизе1, Малышев В. А. Измерение удельного сопротивления полупроводниковыхматериалов методом сопротивления растекания.-Обзоры по электронной технике, 1974, сер. 2, вып. 6,2. Патент ГДР Р 81164,кл, С 01 В 31/26, 197 О,