Устройство для определения типа проводимости полупроводников Советский патент 1986 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для определения типа проводимости полупроводниковых материалов.

Известно устройство для измерения типа проводимости на основе эффекта Холла, состоящее из источников питания, источника магнитного поля, электродов и регистрирующих приборов

Недостатками его является сложная конструкция и необходимость использования образцов специальной формы с омическими контактами. Для измеренйй материалов с низкой проводимость устройство практически не применимо. Известно также устройство того же назначения,в котором тип проводимости определяется по знаку термо-ЭДС. Оно является простым и содержит источник питания, электроды, одиниз которых выполнен в виде зонда с нагревателем, и нуль-гальванометр. Устройство не позволяет, проводить измерение материалов с низкой проводимостью и, кроме того, в нем используется локальный нагрев образца что в ряде случаев нежелательно. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения типа прово димости полупроводников, содержащее источник питания, соединенный с двумя электродами, металлические зонды для подключения образца и соединенный с ними регистрирующий прибор. Между электродами устройства помещается сегнетоэлектрическая пластина с помещенным на нее полупроводниковым образцом, через который с помощью зондов пропускается ток. При поляризации сёгнетоэлектрика в нем индуцируются заряды, обогащающие или обедняющие образец в зависимости от типа проводимости. О типе проводи мости можно судить по увеличению или уменьшению тока через образец. Устройство практически не позволяет исследовать низкоомные полупроводники и полупроводники с высокой подвижностью, т.е. имеет ограниченный диапазон по проводимости и подвижности носителей заряда, так как конт ролируемый величиной является изменение тока. В нем используется сегне

Тоэлектрическая пластина и два источника питания, что усложняет устройство.

Целью изобретения является упрощение устройства и расширение диапазона исследуемых материалов по удельному сопротивлению и подвижности носителей заряда.

. Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем источник питания, соединенный с двумя электродами, металлические зонды для подключения образца и соединенный с ними регистрирующий прибор, электроды выполнены в виде обкладок конденсатора с диэлектрическими пленками на их внутренней стороне, регистрирующий придействием и их концентрация п величина постоянная. При образовании стоячих волн кристаллической решетки бор выполнен в виде индикатора напрягенератор высокой частоты. На фиг. 1 схематически изображено предложенное устройство; на фиг. 2 зависимость разности потенциалов между зондами от удельного сопротивления исследованных полупроводников КЭФ и КДВ. Устройство для определения типа проводимости (фиг. 1) состоит из двух обкладок 1 конденсатора, между которыми помещена исследуемая пластина 2 полупроводника, изолированная от них диэлектрическими пленками 3. Свободная поверхность пластины полупроводйика длиною L находится вне обкладок конденсатора. На ней установлены два металлических зонда 4, подсоединенные к вольтметру 5 постоянного напряжения, а конденсатор подключен к высокочастотному генератору 6. Переменное электрическое поле наводится конденсатором в локальной области полупроводника. Оно вызывает колебательное движение свободных носителей заряда и ионов примеси. Так как последние связаны квазиупругими силами с нейтральными атомами, то это; приведет к возбуждению волн кристаллической решетки. В свободной части . полупроводника устанавливается стоячая волна кристаллической решетки за счет интерференции бегущей от источника (граница обкладок конденсатора) и обратной - отраженной от края полупроводника - волн. Когда нет возбуждающего поля (меж.ду обкладками конденсатора) генерация и рекомбинация свободных носителей заряда определяется тепловым возв их узлах условия генерации-рекомби нации сохраняются прежними и концен рация свободных носителей заряда ос тается равной п. -В пучностях проце рекомбинации протекает интенсивнее, чем в узлах, так как свободные носи тели заряда и противоположные им по знаку ионы при колебаниях движутся навстречу друг другу. Поэтому, с пр ближением к обкладке конденсатора (пучности стоячей волны) концентрация свободньк носителей заряда буде уменьшаться. Предположим, что исследуемый полу проводник КЭФ, т.е. п-тйпа проводи мости. Поэтому основными носителями заряда являются электроны. В месте расположения первого аонда на свобод ной поверхности полупроводника (вбли зи обкладки конденсатора) будет недо статок электронов по сравнению с их концентрацией в месте расположения второго зонда (при условии, что оба зонда находятся между пучностью и узлом, т.е. на расстоянии друг от друга, не превышающем четверти длины волны кристаллической решетки). Поэтому первый зонд будет находиться в месте повьшенного потенциала по сравнению со вторым и вольтметр пока жет 3Hai- +. Предположим, что исследуемый полу проводник КДБ, т.е. р-типа проводимости. Поэтому основными носителями заряда будут дырки. Их недостаток обуславливает пониженный потенциал вместе расположения первого зонда по сравнению со вторым и вольтметр покажет знак -. Для примера реализации устройства (см. фиг.1) в качестве обкладок конденсатора взяты медные пластины площадью 10x10 мм, а диэлектричес кие пленки той же площади вырезаны из полиэтилена толщиной 0,1 мм. Исследуемые образцы представляли кромниевые пластины КУФ и КДБ толщиной 0,5 мм и площадью 10x20 мм с удельным сопротивлением (0,1-20,0) ч 10 Ом.м. Конденсатор подключался к высокочастотному генератору сигналов, а металлические зонды были выполнены из вольфрама с заостренными концами и прижимались к свободной поверхности полупроводника. При этом расстояние между зондами составляло 1 мм и один из них находился на минимальном расстоянии от верхней обкладки конденсатора, не контактируя с ней. Разность потенциалов между зондами и ее знак определялись цифровым вольтметром постоянного напряжения. С помощью описанного устройства сняты кривые (см. фиг. 2) зависимости разности потенциалов между зондами от удельного сопротивления и типа проводимости при частоте генератора 1 МГц. Это значение частоты выбрано с таким расчетом, чтобы расстояние между зондами не превышало четверти длины волны кристаллической решетки. Из фиг. 2 следует, что для полупроводников КЭФ, т.е. п-типа проводимоЬти (кривая 7), вольтметр показал знак +, а для КДБ (кривая 8), т.е. р-типа проводимости, знак -, Описанное устройство для определения типа проводимости полупроводников принципиально отличается от существующих и позволяет увелич-ить точность и расширить диапазон измерений по удельному сопротивлению и подвижности, так как из фиг. 2 и других экспериментов следует, что можно определить тип проводимости полупроводников в широком диапазоне изменения удельного сопротивления (от 10 до 80 ОМм) и подвижности свободных носителей заряда.

Фиг г

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ;ТИПА ПРОВОДИМОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, содержащее источник питания, СЬединенный с двумя электродами, металлические зонды подключения образца и соединенный с ними регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и расширения диапазона исслед: емых материалов по удельному сопротивлению и подвижности носителей заряда, электроды выполнены в виде обкладок конденсатора с диэлектрическими пленками на их внутренней стороне, регистрирующий прибор вьшолнен в виде индикатора напряжения, а источником питания является генератор высокой СО Частоты. 00ел со