Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов

,(51)5 С 01 И 27/00 АНИЕ ИЗО ОРСИОМУ СВИ ЬСТВУ(21) (22) (46) (71) им в 5 (72) А.М.Р и В.Ю (53) ся к област лупроводникобыть испольельного сопро ков поли- и арсенидаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМПРИ ГКНТ СССР 4396808/24-2124.03.8807.08.90. Гюл, У 29Завод чистых металлов0-летия СССРВ.В.Богобоящий, В,А.Петряков,аскевич, С.А.Дроздов(56) Приборынеразрушаюшего контроля материалов и иэДелий. - ММашиностроение, 1976, с.131.Методика измерений удельного сопротивления .монокристаллов. Аттестат У 156-86. - М.: Гиредмет, 986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬ НОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДН МАТЕРИАЛОВ 57) Изобретение относ змерения параметров и ых материалов и может овано для контроля уд ивления пластин и спи онокристаллов .кремния галлия, теллурида кадмия и т.д.11 ель изобретения - повышение точности, производительности измерений в широком интервале температур, расширение диапазона измеряемых удельных сопротивлений. Устройство содержит генератор 6 высокой частоты и высокочастотной вольтметр 7. Генератор 6 высокой частоты подключен к делителю напряжения, состоящему иэ соединенных последовательно образца полупроводникового материала и нагрузочного сопротивления Р . Сигнал, пропорциональнгный удельному сопротивлению полупроводника, может сниматься как с нагрузочного сопротивления, так и с образца в зависимости от диапазона измеряемых удельных сопротивлений. При этом образец включается в измерительную цепь посредством емкостной связи, образованной пластинами, и планарного конденсатора, размещенного На измерительной плате 5, к которой обра- р,ы, зец прижимается стопорным штиФтом 2.з.п.Ф-лы, 6 ил. ОбИзобретение относится к областиметрики параметров полупроводниковыхматериалов и может быть использованопри контроле удельного сопротивленияпластин и слитков кремния, арсенидагаллия, теллурида кадмия и т.д., атакже может использоваться для измерения радиального и продольного распределений удельного сопротивленияпо слиткам моно- и поликристаллов.Цель изобретения - повышение точности и производительности измеренийв широком температурном диапазоне,расширение диапазона измеряемых удель ных сопротивлений.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2упрощенная эквивалентная схема измерения высокоомных полупроводниковых 2 Ообразцов на Фиг. 3 - измерительнаяплата с планарным конденсатором, нафиг, 4 - зависимость уровня высокочастотного сигнала от удельного сопротивления кремниевых образцов толщиной 1 мм, на фиг. 5 - упрощеннаясхема устройства, предназначенногодля измерения низкоомных образцов;на фиг. б - график зависимости уровнясигнала от удельного сопротивления 30образцов кремния.Устройство содержит полупроводниковый образец 1, стопорный штифт 2,предназначенный для прижима образцак планарному конденсатору,пенопласта.-5вую ванну 3 для жидкого азота, электроды планарного конденсатора 4, измерительную плату 5, образующие измерительную ячейку, генератор 6 высокой частоты, высокочастотный вольтметр 7. Выход генератора б высокойчастоты соединен с последовательновключенными сопротивлением (К) полупроводникового образца и переходными контактными емкостями. 45На фиг. 2 также обозначены сопротивление нагрузки (К) и входное сопротивление (К н ),Физическая сущность способа измерений, реализуемого устройством, заключается в следующем. При включенииобразца полупроводникового материалав высокочастотную цепь посредствомемкостных контактов ток, текущий через полупроВодник, сОстОит из дВух 55составляющих - тока проводимости,зависящего от концентрации и подвижности свободных носителей заряда, содержащихся в полупроводнике при данной температуре, и тока смещения, величина которого зависит от диэлектрической проницаемости Е, связанной со строением кристаллической решетки полупроводникового материала. Дпя одного и того же полупроводника Есопзс и независит от удельного сопротивления, поэтому изменение тока 1 протекающего по цепи: генератор - образец - нагрузочное сопротивление - земля, зависит только от тока проводимости или от сопротивления участка образца, включенного в измерительную цепь. Это сопротивление связано с удельным сопротивлением 1 о соотношением К, :К, где К - коэффициент включения, который зависит от конФигурации электродов, измерительного зазора между ними и толщины образца, Точный расчет коэффициента включения для планарного конденсатора является сложной задачей, поэтому для конкретных практических применений достаточно произвести градуировку по образцам с известными номиналами Ь определенными независимым методом.Примером конкретного применения устройства может служить устройство для измерения удельного сопротивления пластин кремния и теллурида кадмия (фиг, 1 и фиг2), Генератор 6 высокой частоты нагружен на делитель, состоящий из сопротивления образца (К ) и сопротивления нагрузки (К ), на котором измеряется сигнал, пропорциональный току, протекающему по цепи. Площадь контактных площадок планар- ного конденсатора (Фиг,З) и рабочая частота выбираются такими, чтобы можно было пренебречь контактным со" противлением емкостей С , Номинал сопротивления нагрузки выбирается из соображений перекрытия требуемого диапазона. Сопротивление нагрузки генератора Кслужит для согласования схемы с выходным сопротивлением генератора 6 высокой частоты, На фиг. 4 представлены градуировочные кривые отражающие зависимость сигнала от удельного сопротивления пластин кремния толщиной 1 мм при разных сопротивлениях нагрузки на нескольких частотах. Снижение уровня сигнала при уменьшении частоты связано с заметным влиянием (увеличением) реактивного сопротивления контактных емкостей С . Это затрудняет измерение низкоомных образцов, 15838а выход на насыщение при малых р увеличивает погрешность их измерения. Полочка при высоких у на высоких частотах обусловлена преобла 5 данием тока смешения над током проводимости, В данной установке требуемый диапазон р = 5 10-1 д) Омсм перекрывается на двух частотах 20 и 5 МГц при сопротивлении нагрузки 62 Ом. При этом инструментальная погрешность измерений равна 5,27., , погрешность градуировки на Г20 МГц 1,87., на Г5 МГц 7,3%. Диапазон измеряемых удельных сопротивлений 15 на частоте 20 МГц 3,7 10-4,7 10 Омсм, на частоте 5 МГц 3,7 10-4 104. Измерения проводятся при любой температуре от комнатной до жидкого азота. Для этого измерительная плата поме щена в пенопластовый криостат. То, что измерения образцов теллурида кадмия проводятся на установке, проФ градуированной кремниевыми образцами, существенной роли не играет, 25 поскольку разница в диэлектрической проницаемости этих материалов невелика Е . = 11,7, Я 10,9.Устройство работает следующим образом.На генераторе 6 устанавливают рабочую частоту. Металлической пластиной замыкают электроды планарного конденсатора 4 и по высокочастотному вольт-, метру 7 выставляют калибровочное напряжение, равное ЭВ3 1 0мВ. Устанавливают измеряемый образец на рабочую позицию и стопорным штиФтом 2поджимают его к электродам. Производят отсчет сигнала по шкале высокочастотного вольтметра 7 с учетом предела измерений. По градуировочному графику или таблицам определяют удельное сопротивление образца.В случае измерения низкоомных образцов (Фиг.5) сигнал снимается с самого образца.На граФике (фиг.б) представлена зависимость уровня сигнала от удель 14 Ьного сопротивления образцов кремния толщиной 1 мм при сопротивлении нагрузки 100 Ом и 1 КОм .на частоте 5 МГц, Игпользуя подобную схему измерений, диапазон у расширен в сторону низких удельных сопротивлений до10Ом сй,; причем подбор номинала Р Н обеспечивает настройку участка с максимальной чувствительностью по у на нужный диапазон уровней сигналов.Формула из обре тения1. Устройство для измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, содержашее генератор высокойй частоты, высокочастотный вольтметр и измерительную ячейку с конденсатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений в широком интервале температур, расширения диапазона измеряемых удельных сопротивлений, конденсатор измерительной ячейки выполнен в виде планарного конденсатора, первая обкладка которого соединена с выходом генератора высокой частоты, а вторая обкладка соединена с первым выводом нагрузочного резистора и входом высокочастотного вольтметра, второй вывод нагрузочного резистора соединен с обшей шиной, причем исследуемый образец размещен в измерительной ячейке ком- . планарно с обкладками планарного конденсатора.12. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что нагрузочный резистор включен между выходом генератора высокои частоты и первой обкладкой планарного конденсатора измерительной ячейки, к которой подключен вход высокочастотного вольтметра, вторая обкладка планарного конденсатора измерительной ячейки соединена с общей шиной.1583814 3 цф Составитель В. Степанкинедактор В. Бугренкова ТехРед Л.Сердюкова КоРРектоР Т.Мал Типаж 51 4 дпи КНТ ССС иям Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,агарина, 10 Заказ ВН 1 ИПИ осударственн 1130д 2 дЗ ,р, Ом сн комитета по изобретениям и отМосква, Ж, Раушская наб.,