Датчик электрофизических параметров полупроводников Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

ромагнитной волны, распространяющей ся в зазоре между исследуеьклм полупроводником и ниэкоомной пластиной, от величины удельного сопротивления пластины. Анализ распространения электромагнитной волны вдоль поверх ности полупроводниковой пластины показывает, что с помощью полупрово ниновой пластины, расположенной на торцовой стенке резонатора, можно исключить излучение электромагнитного поля из неконтролируемого зазора между исследуемым полупроводником и низкоомной пластиной за счет быстрого затухания в ней. Для этого необходима, чтобы толщина низ кромной пластины h была больше глу|бины скин-слоя А материала, из кото она изготовлена. Если толщина пластины h будет толщины ее С;Кин-слоя U , то в ней будет распро страняться электромагнитная волна за счет малого коэффициента затухания, что приводит к снижению точ измерения электрофизических параметров. Потери, вносимые при эт исследуемым полупроводником в ре-зонатор, определяются его удельным . сопротивлением и не зависят от неко тролируемого прижима и местоположения образца относительно отверстия связи резонатора. Пластина, расположенная на внешней торцовой стенке резонатора, является частью его стенок и вносит дополнительные потери, уменьщает коэффициент связи.. Это приводит к уменьшению диапазона измеряемых зна чений электрофизических параметров полупроводников. Для уменьшения влияния пластины на диапазон измере ния электрофизических параметров не обходимо, чтобы ее толщина была меньше диаметра отверстия связи резонатора с полупроводником ). Диаметр отверстия связи определяет пространственное разрешение датчика диаметр отверстия в полупроводниковой пластине должен быть меньше или равньм диаметру отверстия связи. Это обясняется тем, что увеличивать диаметр отверстия в пластине нецелесообразно из-за ухудшения пространственного разрешения датчика.. Минимальный диаметр отверстия в пластине ограничен диаметром торца штыря. Измерение удельного сопротивлени 9 полупроводников предлагаемым дат чиком производится посредством определения потерь, вносимых исследуемым образцом в резонатор. Дл 3toro СВЧ-резонатор через элементы С8ЯЗИ включается в измерительный тракт, и по стандартной методике находится изменение нагруженной до ротности либо коэффициента передач jifдeльнoe оопротивление 9 ис.следуеого полупроводника вычисляется по ормулам -- (высокоомные полупроводники (2) Ом-см) j lilL :Z-df:LliL жкзкоомные ,,0,и),Уи)„Ки Д-- КполуПРОВОДНИКИ 4 10-3 10 ом -СВЧ-мощность, прошедшая через резонатор без полу- . проводника; -СВЧ-мощность, прошедшая через резонатор с полупроводником;-собственная частота резонатора с полупроводником;aL - коэффициент зависящий от величины связи и нагруженной добротности Q резонатора; -коэффициент включения низ-коомного полупроводника; . -.емкость зазора между торUt M штыря и поверхностью .полупроводника;-диаметр отверстия связи резонатора с полупроводником;-диаметр свободного торца штыря. Для определения коэффициентов , в выражениях (2) и (3) используются эталонные образцы, по которы осуществляется калибровка резонатора, Суть калибровки заключается в том, что по эталонным образцам с известнымр по формулам (2) и (3) вычисляются коэффициенты cL , Кц. Измерение распределения р по площади исследуемого полупроводникового образца осуществляется путем его сканирования нап, (или под) отверс тием связи резонатора. Предлагаемый датчик кроме -удельног6 сопротивления позволяет также изМ12рять и другие электрофизические параметрыt полупроводников, такие как диэлектрическая проницаемость ё , фотопроводимость Л3, время жизни Ti и концентрация свободных носителей заряда п, а также толщину С полупроводниковых образцов, их неплоскостность. Методика измерения зтих электрофизических параметров основана на регистрации изменения характеристик резонатора (f, Q) за счет изменения характеристик полупроводника при освещении его оптическими импульсами Примером выполнения изобретения является датчик с пластиной, выполненной из легированного кремния с Р 5«10 OMfCM. Глубина скин-слоя - Изобретение относится к измерительной- технике, в частности к технике бесконтактного измерения электрофизических параметров полупроводников, и может быть использовано на предприятиях, производящих и потребляющих полупроводников материалы, в технологических проце сах их разбраковки, сортировки, а .также в исследовательской практике {при изучении природы дефектов. Известны датчики электрофизичес параметров (удельного сопротивлени f ) полупроводниковых пластин на ос нове резонаторов квазистатического типа, содержащие отрезок запред льного волновода с.индуктивным штырем на одной из широких стенок и элементы связи. Исследуемая полупроводниковая пластина помещается в зазор между свободным торцом штыря и широкой стенкой волновода. Основным достоин ством этих датчиков является высокое пространственное разрешение,которое определяется д 1аметром свобод ного торца штыря ll. Недостатками известных датчиков являются необходимость приготовления полупроводниковых пластин определенной толщины, трудоемкая oneрация размещения исследуемого образ ца внутри волновода под свободным торцом штыря и узкий диапазон измерения удельного сопротивления ( Омсм) . Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому является датчик, содержащий СВЧ-ре.зонатор квазистати ческого типа с первым и вторым элементами связи и измерительным отверстием связи в торцовой стенке, в которой введен индуктивный штырь, закрепленный на металлической диафрагме, образующей противоположную стенку резонатора, Потери, вносимые исследуемым пол проводником в резонатор, определяются удельным сопротивлением у об разца и коэффициентом связи его с резонатором. Величина коэффициента свАзи определяется геометрическими размерами отверстия связи, торца ин дуктивного штыря и зазора между тор цом штыря и поверхностью полупровод ника. Регулируя зазор между торцом штыря и поверхностью полупроводника можно Обеспечить эффективное включе ние как ниэкоомных, так и высокоомных полупроводников в резонатор и, следовательно, измерить их удельно сопротивление С2. Недостатком данного датчика является невысокая точность измерения J низкоомных полупроводников ( р Ом-см). Это обусловлено тем, что в заэоре между поверхность полупроводника и стенкой резонатора распространяется электромагнитная волна, которая приводит к утечке электромагнитной энергии из .резонатора. Величина этих потерь имеет случайных характер, так как зависит не только от полупроводника, но и от неконтролируемого прижима, местоположения образца относительно отверстия связи. Цель изобретения - повышение точности измерения электрофизических параметров полупроводников. Указанная цель достигается тем, что в датчик, содержащий СВЧ-резонатор квазистатического типа с первым и вторым элементами связи и измерительным отверстием связи в торцовой стенке, в котором размещен индуктивный штырь, закрепленный на ме- , таллической диафрагме, образующей противоположную торцовую стенку резонатора, вёедена пластина с отверстием, выполненная из низкоомного полупроводникового материала, закрепленная с внешней стороны торцовой стенки резонатора с измерительным отверстием связи, при этом отверстие в пластине соосно с измерительным отверстием связи, а диаметр отверстия и толщина пластины выбираются из условия , ii hfD, диаметр свободного торца индуктивного штыря; - диа.метр отверстия в пластине;D - диаметр измерительного отверстия связи; д --толщина скин-слоя материала пластины на рабочей час тоте резонатора; h - толщина пластины. На фиг.1 приведена конструкция предлагаемого датчика электрофизических параметров полупроводников; на фиг.2 - узел X на фиг.1. Датчик содержит цилиндрический СВЧ-резонатор 1 квазистатического типа с измерительным отверстием 2 связи в торцовой стенке и с исследуемым полупроводником 3, индуктивный штырь 4, свободный конец которого расположен в отверстии 2, и первый и второй элементы 5 и б связи. Индуктивный штырь 4 укреплен на гибкой диафрагме 7, которая обеспечивает возможность его перемещения вдоль своей оси. На торцовой поверхности резонатора 1 извне закреплена пластина 8, соотношение размеров отверстия и толщины которой показано на фиг.2 В основу работоспособности предагаемого датчика положена зависиость коэффициента затухания элект

ДАТЧИК ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, содержа щий СВЧ-резонатор квазистатического типа с первым и вторым элементами связи и измерительным отверстием св зи в торцовой стенке, в котором размещен индуктивный штырь, закрепленный на металлической диафрагме, образующей противоположную то; цовую стенку резонатора, о т л и Чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения,в него введена пластина с отверстием, выполненная из низкоомного полупроводникового материала, закрепленная с внешней стороны торцовой стенки резонатора с измерительным отверстием связи, при этом отверстие в пластине соосно с измерительным отверстием связи, а диаметр отверстия и толщина пластины выбираются из условия dm т d от D гдеОшт диаметр свободного торца индуктивного штыря; диаметр отверстия в пластине; диаметр измерительного отверстия СВЯЗИ; толщина скин-слоЯ материала пластины на рабочей частоте резонатора толщина пластины.