Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов

СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 817010 9) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 1583814, кл. С 01 й 27/00, 1990, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ . (57) Использование: при измерении параметров полупроводниковых материалов для контроля удельного сопротивления.пластин и слитков поли- и монокристаллов кремния, арсенида галлия и т,д, Сущность изобретения; устройство состоит из двух генераторов 9,10 высокой частоты, двух вы 51)5 О 01 М 27/00, 6 01 й 27/00 сокочастотных вольтметров 12,13, сопротивления 7, конденсатора 11 и измерительной ячейки, состоящей из образца 1, конденсатора с двумя планарными электродами 4,5 и стопорного штифта 2, которая размещена в пенопластовой ванне 3 с жидким азотом, два генератора попеременно через ключ 8 подключены к входу второго высокочастотного вольтметра, первому электроду планарного конденсатора и через сопротивление соединены с общей шиной, второй электрод планарного конденсатора соединен с входом первого высокочастотного вольтметра и через нагрузочный конденсатор с общей шиной, Устройство позволяет уменьшить влияние реактивного сопротивления контактных емкостей, что повышает Фочность измерения, 3 ил,(6) Со по результатам противление Вэ(7) Изобретение касается измерения параметров полупроводниковых материалов иможет быть использовано для контроляудельного сопротивления пластин и слитковполи- и монокристаллов кремния, арсенида 5галлия, теллурида кадмия и т.д.Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения влиянияреактивного сопротивления контактных емкостей, 10На фиг,1 приведена структурная схемаустройства; на фиг,2 - упрощенная эквивалентная схема измерения полупроводниковыхобразцов; на фиг.З - измерительная плата спланарным конденсатором, 15,Устройство содержит полупроводниковый образец 1, стопорный штифт 2, предназначенный для прижима образца кпланарному конденсатору, пенопластовуюванну 3 для жидкого азота, электроды 4 и 5 20планарного конденсатора, измерительнуюплату б, образующие измерительную ячейку, сопротивление 7 нагрузки для согласования схемы с выходным сопротивлениемгенератора высокой частоты, ключ 8, два 25генератора 9 и 10 высокой частоты с частотами в 1 и аг выходных сигналов соответст. венно, конденсатор 11 нагрузки и двавысокочастотных вольтметра 12 и 13.На фиг.2 также обозначены контактные 30емкости Сх 1,2 первого и второго электродовпланарного конденсатора, сопротивление, Во образца и емкость С, нагрузочного конденсатора.На фиг.З представлена измерительная 35плата б с контактными электродами 4 и 5планарного конденсатора,Сущность способа измерений, реализуемого устройством, заключается в следующем, 40При включении первого генератора 9 с .частотой выходного сигнала в 1 в измерительную цепь вольтметрами 12 и 13 измеряютсд амплитУДы напРЯжений Чо 1 навхоДеизмерительной цепи (фиг.2) и Ч 1 на выходе 45соответственно. Затем при подключениивторого генератора 10 измеряются амплитуДы напРЯжений Чог и Чгна частоте вг и вычисляется сопротивление Во образца. Дляконкретных практических целей проводится 50градуировка по образцам с известными номиналами удельных сопротивлений рэ (Вэ -сопротивление образца с известным номиналом). По аналогичной методике измеряютСФ амплитУды напРЯжений Чоэ 1 и Чв 1, Човг 55и Чв 2 эталонного образца с известным номиналом р, определяется сопротивление Вв, азатем вычисляется удельное сопротивлениеисследуемого образца- - =ч 3:Я;Вог гкэг )сэ 1Комплексное напряжение в измерительной цепи (фиг.2)1. Оо= Овнн 4" Овнн)ЮСн (яо . С ),ОСо где О о и 0 вых - комплексные напряженияна входе и выходе измерительной цепи;Со - суммарная емкость, Со = Сх/2.Отношение напряжений(1+ С ) +) иСнйн, (2)0 выхМодули комплексных напряжений естьизмеряемые амплитуды напряжений, ТогдакваДрат модуля (2) будетОЧ 2, =(1+ с )+абис.вЕ )з) Где Чо и Чвых амплитуды напряжений на входе и выходе измерительной цепи.При измерениях на двух частотах в 1 и аг входных сигналах получаем систему из двух уравнений с двумя неизвестными Во и Со 21+ С"+ 3 С 2 Во=йСо где к 1 = и кг = - отношения ампЧо 1 Чо 2Ч 1 Чглитуд напряжений на двух частотах а 1 и аг входных сигналов соответственно.Решение (4): 03 03Аналогичным образо наблюдений получаем эталонного образца(8) где у (Во/йэ) -относительная погрешность результЛИ 1, Ь 2 и Л погрешности отноше жений при наблюден лонного образцов на входных сигналов сооДопуская, что д амплитуд напряжен равны та измерения:1,Л кэ 2 - абсолютныений амплитуд напряи исследуемого и зтадвух частотах и и в 2тветственноевиация отношений й малы и примерно 20+ . (15 ость резуль Про у(йо),д еньше, чем ения на одьная погреш Йо) относ я из-за нестаб ность сопр е частот;ЛВ и ЛСа - входных сигналовПолагая, что Ь порядка, допускае сти и В 2 евиа част в и Ьа 2 малы и ом что они равны го ЬВ =Л одстав11) в (10), получим Во)й) 50 ьве частота =и, что ну выбирается соотнств вычислениящ = 4;5. а при равенстмысла. Поэтомастот для удоба 1: меет ение Чоэ 1 Чоэ 2ГДЕ Ьэ = И Мэ 2 = ОТНОШЕНИЯчэ 1 э 2амплитуд напряжений при измерении на эталонном образце на двух частотах в и а 2 входных сигналов,Отношение (5) к (7) позволяет определить удельное сопротивление образца по эталонному образцу с известным номиналом р; Таким образом, предлагаемое устройство позволяет полностью исключить влияние контактных емкостей на результат измерения удельной проводимости образца, Измерения проводятся при любой температуре от комнатной до жидкого азота, для чего измерительная плата помещается в пенопластовый криостат.Соотношение частот в и в 2 выходных сигналов генераторов определяется издифференциала (5): еренцировав (5), получим Погрешность у(йо) будет мини При этом значение погрешности близк минимальному значению,Погрешность результата измерения (8) из-за нестабильности отношения напряжений К определяется также его дифференци- алом к 2 Л 2 - 1 Л ку о эс Л( =62 =Аэ =Лэ 2) Во/Йэ) = ЛК -р --1 Из(15) следует, что погрештата измерения значительно погрешность одиночного изм 5 ной частоте. Формула изобретения Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, содержащее генератор высокой частоты, первый высокочастотный вольтметр, сопротивление и измерительную ячейку, содержащую стопорный штифт для прижима образца к планарному конденсатору, измерительную плату и пенопластовую ванну для жидкого азота, первый электрод планарного конденсатора соединен с первым .выводом резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй электрод планарного конденсатора соединен с первым высокочастотным вольтметром, о т л ич а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности путем исключения влияния реактивного сопротивления контактных емкостей, в него введены вторые генератор высокой частоты и высокочастотный вольтметр, ключ, нагрузочный конденсатор, переключающий контакт ключа соединен свторым высокочастотным вольтметром и с первым выводом нагрузочного резистора,1817010 ФПО п 2 с,УХ Составитель Т. Рэаев Техред М.Моргентал 1,Густи ректо Шагова Редакт каэ 1719 Тираж Подписное .ВНИИПИ Государственного ко,:литета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 другие выводы ключа соединены каждый с соответствующим генератором высокой частоты, второй вывод высокочастотного вольтметра соединен с измерительной плаК гйюрашору той, общей шиной и первой обкладкой нагрузочного конденсатора, вторая обкладкакоторого соединена с вторым электродомпланарного конденсатора,