Устройство для определения типа проводимости полупроводников

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИН 1)4 С 01 К 31/2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 60 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИ(46) 30.09.86, Бюл, У 36 (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (72) Э.Э.Аболтиньш и Х.И.Кугель (53) 621.382(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР . У 190176, кл. С 01 К 31/26, 1976.Ковтонюк Н.Ф Концевой 10.А, Измерение параметров полупроводниковых материалов. - М.: Металлургия,.1970, с. 397-399.Авторское свидетельство СССР У 561157, кл. С 01 К 31/26, 1976,БО, 1 085390 А(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ , типА пРоводимости полупРоводников, содержащее источник питания, соединенный с двумя электродами, металлические зонды подключения образца и соединенный с ними регистрирующий прибор о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и расширения диапазона исслееремых материалов по удельному сопротивлению и подвижности носителей заряда, электроды выполнены в виде обкладок конденсатора с диэлектрическими пленками на их внутренней стороне, регистрирующий прибор выполнен в виде индикатора напряжения,.а источником й питания является генератор высокой частоты.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для определения типа проводимости полупроводниковых материалов. 5Известно устройство для измерения типа проводимости на основе эффекта Холла, состоящее из источников питания, источника магнитного поля, электродов и регистрирующих приборов. бНедостатками его является сложная конструкция и необходимость использования образцов специальной формы с омическими контактами. Для измерений материалов с низкой проводимостью 5оустройство практически не применимо.Известно также устройство. того же назначения, в котором тип проводимости определяется по знаку термо-ЭДС. Оно является простым и содержит ис точник питания, электроды, одиниз которых выполнен в виде зонда с нагревателем, и нуль-гальванометр.Устройство не позволяет. проводить измерение материалов с низкой проводимостью и, кроме того, в нем используется локальный нагрев образца, что в ряде случаев нежелательно.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для измерения типа прово димости полупроводников, содержащееисточник питания, соединенный с двумя электродами, металлические зондыдля подключения образца и соединен 35ный с ними регистрирующий прибор.Между электродами устройства помещается сегнетоэлектрическая пластинас помещенным на нее полупроводниковым образцом, через который с помощью зондов пропускается ток, Приполяризации сегнетоэлектрика в неминдуцируются заряды, обогащающиеили обедняющие образец в зависимостиот типа проводимости. О типе проводимости можно судить по увеличениюили уменьшению тока через образец,Устройство практически не позволяетисследовать низкоомные полупроводники и полупроводники с высокой подвижностью, т.е. имеет ограниченныйдиапазон по проводимости и.подвижности носителей заряда, так как контролируемый величиной является изменение тока. В нем используется сегнетоэлектрическая пластина и два источника питания, что усложняет устрой. -ство,Целью изобретения является упрощение устройства и расширение диапазона исследуемых материалов по удельному сопротивлению и подвижности но" сителей заряда.. Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем источник питания, соединенный с двумя электродами, металлические зонды для подключения образца и соединенный с ними регистрирующий прибор, электроды выполнены в виде обкладок конденсатора с диэлектрическими пленками на их .внут" ренней стороне, регистрирующий прибор выполнен в виде индикатора напряжения, а источником питания является генератор высокой частоты.На фиг. 1 схематически изображено предложенное устройство; на фиг. 2 - зависимость разности потенциалов между зондами от удельного сопротивления исследованных полупроводников КЭФ и КДБ,Устройство для определения типа проводимости (фиг. 1) состоит из двух обкладок 1 конденсатора, между которыми помещена исследуемая пластина 2 полупроводника, изолированная от них диэлектрическими пленками 3. Свободная поверхность пластины полупроводника длиною Ь находится вне обкладок конденсатора. На ней установлены два металлических зонда 4, подсоединенные к вольтметру 5 постоянного напряжения, а конденсатор подключен к высокочастотному генератору 6.Переменное электрическое поле наводится конденсатором в локальной обЛасти полупроводника. Оно вызывает колебательное движение свободных носителей заряда и ионов примеси, Так как последние связаны квазиупругими силами с нейтральными атомами, то это, нриведет к возбуждению волн кристаллической решетки. В свободной части .полупроводника устанавливается стоячая волна кристаллической решетки эа счет интерференции бегущей от источника (граница обкладок конденсатора) и обратной - отраженной от края полупроводника - волн.Когда нет возбуждающего поля (меж,ду обкладками конденсатора) генерация и рекомбинация свободных носителей заряда определяется тепловым воздействием и их концентрация и - величина постоянная. При образовании стоячих волн кристаллической решетки1085в их узлах условия генерации-рекомбинации сохраняются прежними и концентрация свободных носителей заряда остается равной и . В пучностях процесс рекомбинации протекает интенсивнее, чем в узлах, так как свободные носители заряда и противоположные им по знакуионы при колебаниях движутся навстречу друг другу. Поэтому, с приближением к обкладке конденсатора 1 О (пучности стоячей волны) концентрация свободньй носителей заряда будет уменьшаться.Предположим, что исследуемый полупроводник КЭФ, т.е. и-тйпа проводи мости. Поэтому основными носителями заряда являются электроны, В месте расположения первого зонда на свободной поверхности полупроводника (вблизи обкладки конденсатора) будет недо статок электронов по сравнению с их концентрацией в месте расположения второго зонда (при условии, что оба зонда находятся между пучностью и узлом, т.е. на расстоянии друг от 25 друга, не превышающем четверти длины водны кристаллической решетки). Поэтому первый зонд будет находиться в месте повышенного потенциала по сравнению со вторым и вольтметр пока-З 0 жет знаг "+"Предположим, что исследуемый полупроводник КДБ, т.е. р-типа проводимости. Поэтому основными носителями заряда будут дырки. Их недостаток обуславливает пониженный потенциал вместе расположения первого зонда по сравнению со вторым и вольтметр покажет знакДля примера реализации Устройст 40 ва (см. фиг,1) в качестве обкладок конденсатора взяты медные пластины площадью 10 х 10 мм, а диэлектричес" ,кие пленки той же площади вырезаны из полиэтилена толщиной О, 1 мм. Ис 390 4следуемые образцы представ. ияли кремниевые пластины КЗФ и КДБ толщиной 0,5 мм и площадью 10 х 20 мм с удельным сопротивлением (О, 1-20,0)"1 О Ом.м. Конденсатор подключался к высокочастотному генератору сигна-лов, а металлические зонды были выполнены из вольфрама с заостренными концами и прижимались к свободной поверхности полупроводника. При этом расстояние между зондами составляло 1 мм и один из них находился на минимальном расстоянии от верхней обкладки конденсатора, не контактируя с ней. Разность потенциалов между зондами и ее знак определялись цифровым вольтметром постоянного напряжения.С помощью описанного устройства сняты кривые (см. фиг, 2) зависимости разности потенциалов между зондами от удельного сопротивления и типа проводимости при частоте генератора 1 МГц. Это значение частоты выбрано с таким расчетом, чтобы расстояние междУ зондами не превьппало четверти длины волны кристаллической решетки, Из фиг. 2 следует, что для полупроводников КЭФ, т.е. п-типа проводимости (кривая 7), вольтметр показал знак "+", а для КДБ (кривая 8),11 11 т . е , р-типа проводимости , знакОписанное устройство для определения типа проводимости полупроводников принципиаль но отличается от суще ств ующих и позволяет увеличить точность и расширить диапазон измерений по удельному сопротивлению и подвижности , так как иэ фиг , 2 и других экспериментов следует , что можно определить тип проводимости полупроводников в широком диапазоне изменения удельного сопротйвления (от 1 Одо 80 Омф м ) и подвижности свободных носителей заряда .1085390 гл г.2 рректор С.ЧерниРедактор Тираж 728 Подписное НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб