Способ измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник Советский патент 1984 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля параметров полупроводниковых материалов в процессе их изготовления. Известны способы измерения электрофизических характеристик межфазной границы, например, способ измерения концентрации носителей тока посредством измерения дифференциальной емкости границы раздела электролит-полупроводник при послойном стравливании поверхности образца. Здесь измерение емкости границы производится на переменном токе на частоте 3 кГц 1. Однако способ обладает низкой точностью. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник, включающий пропускание через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на границе, при этом измерение приращения Напряжения производится за время действия основного импульса тока 2. Величина этого приращения uUfj пропорциональна дифференциальной емкости границы раздела электролит-полупроводник. К недостаткам такого способа измерения емкости следует отнести относительно низкую точность, связанную с малой величиной л U, (десятые и сотые доли от амплитуды положительного импульса), отсутствием привязки к нулевому уровню (влияние омической составляющей). Кроме того, больщая скважность импульсов (более 200), а следовательно, малое время измерения и искажение формы импульса ограничива.fЮТ точность при преобразовании импульсного сигнала в аналоговый. Целью изобретения является повыщение точности измерений электрофизических параметров межфазной границы Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник, включающему пропускание через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на гра-, нице, пропускают дополнительный импульс тока противоположной полярности после основного импульса тока, при этом измерение производят в интервале между основным и дополнительным импульсами тока, а величины зарядов, вносимых основным и дополнительным импульсами тока выбирают из условий Qi КТС/е, QJ, + QJ О, где QJ - заряд, вносимый основным импуль сом тока; где Qj - заряд, вносимый дополнительным импульсом тока; С - геометрическая емкость межфазной границы; К-постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; е - заряд электрона. На фиг. 1 изображена последовательность импульсов напряжения на границе электролит-полупроводник; на фиг. 2 - блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 - упрощенная эквивалентная схема межфазной границы электролит-полупроводник. Напряжение на границе электролит-полупроводник состоит из двух импульсов основного 1 положительной полярности и дополнительного 2 противоположной полярности, За время действия основного импульса 1 йапряжение на границе получает приращение 3, измерявшееся в известном способе По окончании воздействия основного импуЛьса 1 на границе остается приращение 4 напряжения, которое измеряется в течение времени 5, между основным 1 и дополнительным 2 импульсами. Если суммарный заряд, внесенный основным и дополнительными импульсами тока, не равен нулю, возникает ощибка измерения 6. Образец полупроводника (фчг. 2) помещается в электрохимическую ячейку 7, основным электродом 8 которой является образец полупроводникового материала, и которая содержит электрод 9 сравнения. электрод 10 внещней поляризации, вспомогательный электрод 11, который подключен генератора 12 двухполярных пряк выходу генератора 1 угольных импульсов и входу усилителя 13 моугольных импульсов и входу усилителя со стробируемым детектированием, общие щины которых соединены с основным электродом §, общей щиной устройства и общими щинами программатора 1.4 и потенциоivi n i-uri nciiYi ri l. jvici LJ ел irx ti ii i , iiLJ. i с n i 15.. Выход программатора 14 соединен управляющим входом потенциостата 15, первый выход соединен с электР О 9 второй - с электродом 10. д получения выражения для напряже„ия на вспомогательном электроде 11 рассмотрим упрощенную эквивалентную схему ( д) межфазйой границы электролитполупроводник. ГенератЬр 16 импульсного напряжения (Е) совместно с резистором 17 (j ) образует генератор импульсов тока; jgi сопротивление раствора и образца (Rg), 19 - сопротивление межфазной границы (R,), 20 - емкость межфазной границы (Q). Для сохранения линейной зависимости между приращением 3 напряжения и величиной измеряемой емкости 20 длительность импульса тока должна быть не более 10 икс При этом напряжение йа вспомогательном электроде 11 равно и iRo + , 1 - амплитудное значение импульса RO-сопротивление раствора и образца;Q( - заряд, сообщаемый межфазной границе за время действия положительного импульса; Cj-емкость межфазной границы. Равенство нулю суммарного заряда повыщает точность измерения. Кроме того, в момент измерения к межфазной границе ..-.,«..,„.,1 juci-iriicjiDnu меньший потенциал приложен значительно меньщий потенциал по сравнению с прототипом, так как при 1 0 в уравнении (1) первое слагаемое равно О и, следовательно, напряже.ние теперь (мределяется только вторым слагаемым . Измерение электрофизических пара метров межфазйой границы электролит-полупроводник осуществляется следующим образом. К исследуемому образцу полупроводникового материала припаивают контакты,, образец с контактами закрепляют на специальный держатель. Затем поверхность образца очищают в травителе, после чего образец с -держателем помещают в ячеику 7, которую затем заполняют электролитом и помещают электроды 10-11. С помощью потенциостата 15 задают на образце потенциал, величина которого яыбипяце потенциал, величина которого выбирается в зависимости от исследуемого материала. К промежутку основной - вспомогательный электрод подводят последовательность импульсов тока, в которой после , „ ..4x.x.,wii каждого основного положительного импульса 1 следует разряжающий импульс 2 противоположной полярности, при этом заряд в импульсе 1 нормализуют из условия QI а заряд в импульсе 2 выбирают так, чтобы суммарный заряд, воз „ - „- . оарлА, DUOдействующий на образец (межфазную границу), за цикл измерейия равнялся нулю. Измеряют отклик системы на внесенный заряд после действия положительного импульса. Например, измеряя приращение 4 напряжения с помощью стробируемого детектора, шкала которого отградуирована обратно пропорционально емкости межфазной границы, одновременно снимают вольтамперную зависимость i f(), по результатам измерения приращения 4 строятзависимость С( f(f), где f - разность потенциалов между основным 8 и вспомогательным 11 электродами. Указанные зависимости связаны с физическими параметрами исследуемого полупроводникового материала, например, концентрацией носителей заряда. При послойном стравливании поверхности образца и регистрации для каждого слоя i f(f) и Cj (f) можно получить распределение концентрации носителей по глубине образца (профиль легирования). Возможность применения синхронного детектирования позволяет регистрировать сигнал на приборах с малым быстродействием, например самопишущих потенциометрах, которые обладают существенно большей точностью по сравнению с электронно- Учевыми осциллографами, Экспериментальная проверка способа по казала, что случайная составляющая погрешности составляет не более 5% при существенном уменьшении методической по грешности по сравнению с известным способом. Воздействие на межфазную границу последовательностью чередующихся импульсов тока разной полярности измерение отклика системы на прямоугольный импульс nmnwuTPnuar. ,,„,. положительной полярности позволяет по сравнению с известными способами исключить влияние на результат измерения искажений формы импульса, так как приращение 4 определяется только зарядом Qj, -г vjujjcAcoincioi lujibKu зарядом ц;1 сообщенным межфазной границе за время действия положительного импульса тока - - - При этом измерение электрофизических параметров межфазной границы происходит при более низких потенциалах, так как в момент измерения IR,, 0. Кроме того, привязка к нулевому уровню в каждом цикле измерения, так как суммарный заряд равен нулю (т. е. ощибка б стремится к нулю) позволяет повысить частоту следования импульсов, которая в этом случае мало зависит от инерционности процесса разряда емкости, так как ошибка 6 уменьшается при уменьшении интервала 5.-Т

ГЧ

П/5 Ф-а

-0

л/.

и

Фиг.З

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЫ ЭЛЕКТРОЛИТ-ПОЛУПРОВОДНИК, включающий пропускание через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на границе, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, пропускают дополнительный импульс тока противоположной полярности после основного импульса тока, а измерение производят в интервале между основным и дополнительным импульсами тока, при этом величины зарядов, вносимы.ч основным и дополнительным импульсами тока, выбирают из условий Q, i КТС/е, Q, + Q, О, где QI -заряд, вносимый основным импульсом тока; Q - заряд, вносимый дополнительным импульсом тока; К - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; (О е - заряд электрона; (Л С - геометрическая емкость межфазной границы. о Oi со о оо