Способ измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник

=О,вным импульГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56) 1. )оцгпа 1 Е 1 ес 1 гос 1 п 1 ппса 1 Яос 1 е 1 у,1 (127), 1980, рр. 222 - 228.2. Кротова М. Д, и др. Установка для измерения дифференциальной емкости при непрерывном изменении потенциала электрода. - Электрохимия, 1969,5, с. 291.(54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕС ПАРАМЕТРОВ МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЫ ЭЛЕКТРОЛИТ-ПОЛУПРОВОДНИК, включающий пропускание через границу основного импульса ЯО 1069034 тока прямоугольнои формы и измерениеприращения напряжения на границе, отличающийся тем, что, с целью повышенияточности, пропускают дополнительный импульс тока противоположной полярностипосле основного импульса тока, а измерение производят в интервале между основным и дополнительным импульсами тока,при этом величины зарядов, вносимых основным и дополнительным импульсами тока, выбирают из условийЯ, с. КТС/е, Я 2+ Я,где Я, - заряд, вносимый осносом тока;(,) - заряд, вносимый дополнительнымимпульсом тока;К - постоянная Больцмана;Т - абсолютная температура;е - заряд электрона;С - геометрическая емкость межфазной границы.1Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля параметров полупроводниковых материалов в процессе их изготовления,Известны способы измерения электрофизических характеристик межфазной границы, например, способ измерения концентрации носителей тока посредством измерения дифференциальной емкости границы раздела электролит-полупроводник при послойном стравливании поверхности образца.Здесь измерение емкости границы производится на переменном токе на частоте 3 кГц .Однако способ обладает низкой точностью.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник, включающий пропускание через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на границе, при этом измерение приращения напряжения производится за время действия основного импульса тока 2,Величина этого приращения ь(.1, пропорциональна дифференциальной емкости границы раздела электролит-полупроводник. К недостаткам такого способа измерения емкости следует отнести относительно низкую точность, связанную с малой величиной аЦ, (десятые и сотые доли от амплитуды положительного импульса), отсутствием привязки к нулевому уровню (влияние омической составляющей), Кроме того, большая скважность импульсов (более 200), а следовательно, малое время измерения и искажение формы импульса ограничивают точность при преобразовании импульсного сигнала в аналоговый.Целью изобретения является повышение точности измерений электрофизических параметров межфазной границы.Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник, включающему пропускание через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на границе, пропускают дополнительный импульс тока противоположной полярности после основного импульса тока, при этом изме рение производят в интервале между ос. новным и дополнительным импульсами то ка, а величины зарядов, вносимых основным и дополнительным импульсами тока выбирают из условийЯ, 4 КТС/е, Я + Я, = О, где Я, - заряд, вносимый основным импуль сом тока;где Я - заряд, вносимый дополнительным импульсом тока;С - геометрическая емкость межфазной границы;К - постоянная Больцмана;Т - абсолютная температура;е - заряд электрона.На фиг. 1 изображена последовательность импульсов напряжения на границе электролит-полупроводник; на фиг. 2 блок-схема устройства, реализуюшего способ; на фиг, 3 - упрощенная эквивалентная схема межфазной границы электролит-полупроводник.Напряжение на границе электролит-полупроводник состоит из двух импульсов основного 1 положительной полярности и дополнительного 2 противоположной полярности. За время действия основного импульса 1 5105 напряжение на границе получает прирашение 3, измерявшееся в известном способе По окончании воздействия основного им 20 Для получения выражения для напряжения на вспомогательном электроде 11 рассмотрим упрощенную эквивалентную схему (фиг, 3) межфазной границы электролит- полупроводник. Генератор 16 импульсного напряжения (Е) совместно с резистором7 (й ) образует генератор импульсов тока;18сопротивление раствора и образца (К ), 19 - сопротивление межфазной границы (й,), 20 - емкость межфазной границы (С 1). 45 50 Для сохранения линейной зависимости между приращением 3 напряжения и величиной измеряемой емкости 20 длительность импульса тока должна быть не более 10 мкс пульса 1 на границе остается приращение 4 напряжения, которое измеряется в течение времени 5, между основным 1 и дополнитель.ным 2 импульсами. Если суммарный заряд, внесенный основным и дополнительными импульсами тока, не равен нулю, возникает ошибка измерения 6.Образец полупроводника (д г. 2) помешается в электрохимическую ячейку 7, основным электродом 8 которой является образец полупроводникового материала, и которая содержит электрод 9 сравнения, электрод 10 внешней поляризации, вспомогательный электрод 11, который подключен к выходу генератора 12 двухполярных прямоугольных импульсов и входу усилителя 13 со стробируемым детектированием, общие шины которых соединены с основным электродом 8, обшей шиной устройства и обшими шинами программатора 14 и потенцио стата 15. Выход программатора 14 соединенс управляющим входом потенциостата 15, первый выход которого соединен с электродом 9, а второй - с электродом 10.069034 13При этом напряжение на вспомогательномэлектроде 11 равно(.1 = Во+О.1Сгде 1 - амплитудное значение импульсатока;К - сопротивление раствора и образца;Я - заряд, сообщаемый межфазнойгранице за время действия положительного импульса;С - емкость межфазной границы.Равенство нулю суммарного заряда повышает точность измерения. Кроме того, в момент измерения к межфазной границе приложен значительно меньший потенциал по сравнению с прототипом, так как при 1 = 0 в уравнении (1) первое слагаемое равно 0 и, следовательно, напряжение теперь определяется только вторым слагаемымС 1Измерение электрофизических пара метров межфазной границы электролит-полупроводник осуществляется следующим образом. К исследуемому образцу полупроводникового материала припаивают контакты образец с контактами закрепляют на специальный держатель. Затем поверхность образца очищают в травителе, после чего образец с держателем помещают в ячейку 7, которую затем заполняют электролитом и помещают электроды 10 - 11. С помощью потенциостата 15 задают на образце потенциал, величина которого выбирается в зависимости от исследуемого материала. К промежутку основной - вспомогательный электрод подводят последовательность импульсов тока, в которой после каждого основного положительного импульса 1 следует разряжающий имнульс 2 противоположной полярности, при этом заряд в импульсе 1 нормализуют из условия Я 1 е, а заряд в импульсе 2 выби.Хсрают так, чтобы суммарный заряд, воздействующий на образец (межфазную границу), за цикл измерения равнялся нулю.Измеряют отклик системы на внесенный заряд после действия положительного импульса, например, измеряя приращение 4 напряжения с помощью стробируемого детектора, шкала которого отградуирована обратно пропорционально емкости межфаз 4ной границы, одновременно снимают вольтамперную зависимость 1 = 1, по результатам измерения приращения 4 строят зависимость С, = 1 ф), где- разность потенциалов между основным 8 и вспомога тельным 11 электродами.Указанные зависимости связаны с физическими параметрами исследуемого полупроводникового материала, например, концентрацией носителей заряда. При послойном стравливании поверхности образца и регистрации для каждого слоя 1 = 1(Ф ) и С 1 -- 1 можно получить распределение концентрации носителей по глубине образца (профиль легирования).Возможность применения синхронного 155 детектирования позволяет регистрироватьсигнал на приборах с малым быстродействием, например самопишущих потенциометрах, которые обладают существенно большей точностью по сравнению с электроннолучевыми осциллографами.Экспериментальная проверка способа показала, что случайная составляющая погрешности составляет не более 50/, при существенном уменьшении методической по грешности по сравнению с известным спо собом. Воздействие на межфазную границу последовательностью чередующихся импульсов тока разной полярности измерение отклика системы на прямоугольный импульс положительной полярности позволяет по сравнению с известными способами исключить влияние на результат измерения искажений формы импульса, так как приращение 4 определяется только зарядом Я, сообщенным меафазной границе за время действия положительного импульса тока.При этом измерение электрофизических параметров межфазной границы происходит при более низких потенциалах, так как в момент измерения 1 К = О. Кроме 40 того, привязка к нулевому уровню в каждом цикле измерения, так как суммарный заряд равен нулю (т. е. ошибка 6 стремится к нулю) позволяет повысить частоту следования импульсов, которая в этом случае мало зависит от инерционности процесса разряда емкости, так как ошибка 6 уменьшается при уменьшении интервала 5.106903 ф 17Составитель В. Карпов Редактор Т, Кугрышева Техред И, Верес Корректор М. Шароши Заказ 10968/50 Тираж 687 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж - 35, Раушская иаб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4