Способ локального измерения удельного сопротивления полупроводникового материала

(21) 35628 (22) 11.03 (46) 30,06 (72) А.В.П (71) Орден мени инсти роники АН 3/18-098384, Бюл. В 24мяловТрудового Красногут радиотехники иССР Зна- ект(54)(57) СПОСОБ УДЕЛЬНОГО СОПРО)э ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Алмакаев В.Б., Медведев Ю.В.,Петров А.С. Резонатор для бесконтактного измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов.М., "Электронная техника", Сер, 1"Электроника СВЧ", вып. 4/328/,1981, с. 48,2. Фистуль В.И., Оржевский О.Б.Беззондовый метод измерения удельного сопротивления сильно легированных полупроводников. - "Заводскаялаборатория,", 1963, У 11 с. 1327(прототип). 9 КАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНЙЯВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА, включающий воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью увеличения разрешающей способности и расширения диапазона измеряемых величин, к исследуемой областиисследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый.образец, на который воздействуют внеш. ним постоянным магнитным полем, напряженность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикулярно переменно-, му магнитному полю, после чего 19Ф измеряют ширину линии ферромагнитного резонанса ферритового образца в присутствии исследуемого полупроводникового материала и без него и по изменению ширины линии ферромагнитного резонанса определяют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области.100544 1Изобретение относится к измерительной технике, в частности к спо собу измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов с помощью микроволн, и может быть использовано для контроля распределения примесей в полупроводниковых материалах.Известен способ локального безконтактного измерения удельного со противления полупроводниковых материалов, включающий воздействие на исследуемый материал переменным электрическим полем высокой частоты, согласно которому исследуемый мате риал помещают около отверстия в стенке полого металлического резонатора, которое расположено в области наибольшего электрического поля резонатора, и удельное сопротивление ма териала определяют по изменению мощности сигнала, проходящего через резонатор, при приложении материала к отверстию. Удельное сопротивление определяется посредством расчета, если известна диэлектрическая проницаемость материала на частоте переменного электрического поля, или посредством градуировки по образцам данного полупроводника с известным 30 удельным сопротивлением 11. Однако способ обладает невысокой разрешающей способностью, обусловленной тем, что в диапазоне рабочих час- З 5 тот порядка 1 ГГц не удается сконцентрировать электрическое поле ре зонатора в области измерительного отверстия с размерами существенно меньшими 1 мм. 40 Наиболее близок к предлагаемому способ бесконтактного локального измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, включающий воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверх высокой частоты, согласно которому исследуемый полупроводниковый материал поме 50 щают вблизи зазора индуктивного датчика, выполненного в виде торроидальной катушки, и удельное сопротивление определяют по изменению до добротности индуктивного датчика с учетом градуировки, проведенной по образцам любого немагнитного полупроводника с известным удельным сопротивлением 2 . Однако известный способ также характеризуется. невысокой разрешающей способностью.Кроме того, каждый индуктивный датчик обеспечивает измерение удельного сопротивления в диапазоне, ограниченном одним-двумя порядками величины, и поэтому для измерения удельного сопротивления, например от 102 до 10 Ом см., необходимо использовать четыре датчика,Цель изобретения - увеличение разрешающей способности и расширение диапазона измеряемых величин.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу локального измерения удельного сопротивления%полупроводниковых материалов, включающему воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты, к исследуемой области исследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый образец на который воздействуют внешним постоянным магнитным полем, напряженность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикулярно переменному магнитному полю, после чего измеряют ширину линии ферромагнитного резонанса ферритового образца в присутствии исследуемого полупроводникового материала и без него и по изменению ширины линии ферромагнитного резонанса определяют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области. На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа, нафиг. 2 - линии ферромагнитного резонанса ферритового образца.Устройство содержит генератор 1высокой частоты, соединенный с первым плечом циркулятора 2, второеплечо которого соединено с короткозамкнутым волноводом 3, в пучностьмагнитного поля которого помещенферритовый образец 4, исследуемыйполупроводниковый материал 5, детектор 6, соединенный с третьим плечомциркулятора 2, и магнит 7, междуполюсами которого помещен короткозамкнутый волновод 3 с ферритовымобразцом 4.Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.дуемого полупроводникового материала.Наибольшее изменение ширины линии ФМР, т.е. наибольшая чувствительность способа при одинаковых размерах наблюдается при использовании для измерений ферритового образца в виде сферы. Наряду с этим могут использоваться ферритовые образцы другой конфигурации, например в виде диска, цилиндра и т.д.Выбор моды ФМР образца, для которой измеряется уширение линии 8 определяется величиной удельного сопротивления исследуемого материала а также удобством регистрации вели" чины 3 , так как разные моды ФМР при одной величине 3 удельного сопротивления уширяются неодинаково. противление в широком диапазоне величин при использовании одного ферритовоГо образца. Так, например, приодной и той же величине 5 мода ФМРФерритовой сферы с индексами (2,1,0)уширяется примерно на порядок слабее, чем однородная мода (1,1,0),для которой уширение о имеет наибольшую величину, а мода (3,1,0) примерно на порядок слабее, чем мода(2,1,0). Определенная описанным способом величина удельного сопротивления является средней для областиполупроводникового материала с размерами, равными размерам ферритовогообразца,Частота ФМР Ферритового образцаопределяется внешним магнитным полем,параметрами феррита и конфигурациейобразца, и не зависит от абсолютныхразмеров образца. Поэтому, не изменяя рабочей частоты генератора 1,можно уменьшить размеры образца,улучшая тем самым пространственйоеразрешение способа.Причем при уменьшении радиуса Ксферы чувствительность уменьшаетсяпропорционально К в то время, как2в известных способах чувствительность уменьшается как Рз (где 0 -диаметр измерительного отверстияили зазора). Поэтому в предлагаемомспособе наблюдается значительнобольшая разрешающая способность придостаточно высокой чувствительностии больший диапазон измеряемых величин за счет возможности использования разных мод ФИР ферритового образца. удельного сопротивления иссле 3 1100544 4С генератора 1 через циркулятор2 подают СВЧ-сигнал частоты в короткозамкнутый волновод 3, в результатечего в волноводе в области расположения ферритового образца 4 возникает переменное магнитное поле Ь.Одновременно с помощью магнита 7 вобласти расположения ферритовогообразца 4 создают магнитное поле Н,направление которого перпендикулярно 10полю Ь. Величину магнитного поля Нвыбирают из условия возбуждения ферромагнитного резонанса (ФМР) в ферритовом образце 4. При резонансеизменяется величина мощности Ротр15отраженной от короткозамкнутого волновода-З, которая выделяется с помощью циркулятора 2 и направлетсяна детектор б. Зависимость величинысигнала на детекторе б от величины 2 О Это позволяет измерять удельное сопостоянного магнитного поля Н изображена кривой а на фиг. 2, где НР -величина магнитного поля, соответствующая условиям возбуждения ФМР вданном ферритовом образце на частоте я , Ширину линии ФМР 2 6 Но определяют в соответствии с фиг. 2 по ширине пика сигнала на детекторе науровне 0,5. Затем исследуемый полупроводниковый материал 5 помещаютв короткозамкнутый волновод так,чтобы ферритовый образец находилсяна поверхности исследуемого полупроводникового материала 5 в областиизмерения его удельного сопротивления, после чего также измеряют ши 35рину линии ФМР ферритового образца(кривая б на фиг. 2), При этом вовремя ферромагнитного резонанса переменное магнитное, поле собственных40колебаний намагниченности ферритового образца взаимодействует с электронами проводимости полупроводника,в результате чего ширина 2 дН линииФМР (кривая б) оказывается шире соб 45ственной ширины 2 ЬНолинии ФМР (кривая а) в отсутствии полупроводникового материала. Сравнивая величину2 д,Н с 2 дНо, по уширению линии ФМР( о = 2 дН - 2 ЬНО) определяют удельное сопротивление полупроводникового материала. Градуировка. проводитсяпо образцам любого немагнитного полупроводника с известным значениемудельного сопротивления. Для этого 55снимается зависимость ширины линииФМР ферритового образца от величиныПодпис ак 1303 Патент",Филиал Ужгород, ул Проектная,. Тираж 823 ИИПИ Государственног о делам изобретений Москва, Ж, Раушс комитета СССРи открытийая наб., д, 4/