Способ локального измерения удельного сопротивления полупроводникового материала Советский патент 1984 года по МПК G01N22/00 

1 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к спо собу измерения удельного сопротивле ния полупроводниковых материалов с помощью микроволн, и может быть использовано для контроля распределения примесей в полупроводниковых материалах. Известен способ локального безконтактного измерения удельн.ого сопротивления полупроводниковых материалов , включающий воздействие на исследуемый материал переменным электрическим полем высокой частоты согласно которому исследуемый материал помещают около отверстия в сте ке полого металлического резонатора которое расположено в области наибольшего электрического поля резонатора, и удельное сопротивление ма териала определяют по изменению мощ ности сигнала, проходящего через ре зонатор, при приложении материала к отверстию. Удельное сопротивление определяется посредством расчета, если известна диэлектрическая прони цаемость материала на частоте переменного электрического поля, или посредством градуировки по образцам данного полупроводника с известным удельным сопротивлением l . Однако способ обладает невысокой разрешающей способностью, обусловле ной тем, что в диапазоне рабочих ча тот порядка 1 ГГц не удается сконцентрировать электрическое поле ре зонатора в области измерительного отверстия с размерами существенно меньшими 1 мм. 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 исследуе мый полупроводниковый материал поме 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 полу проводника с известным удельным сопротивлением 2j . 42 Однако известный способ также характеризуется, невысокой разрешающей способностью. Кроме того, каждый индуктивный датчик обеспечивает измерение удельного сопротивления в диапазоне, ограничейном одним-двумя порядками величины, и поэтому для измерения уделького сопротивления, например от 10 до 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, на иг. 2 - линии ферромагнитного резонанса ферритового образца. Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, соединенньш с первым плечом циркулятора 2, второе , плечо которого соединено с короткозамкнутым волноводом 3, в пучность агнитного поля которого помещен ерритовый образец 4, исследуемый олупроводниковый материал 5, детек ор 6, соединенный с третьим плечом иркулятора 2, и магнит 7, между олюсами которого помещен короткоамкнутый волновод 3 с ферритовьш бразцом 4. . Предлагаемый способ осуществляют лёдукяцим образом. с генератора 1 через циркулятор 2 подают СВЧ-сигнал частоты в корот козамкнутый волновод 3, в результат чего в волноводе в области расположения ферритового образца 4 возникает переменное магнитное norte h. Одновременно с помощью магнита 7 в области расположения ферритового образца 4 создают магнитное поле Н, напра.вление которого перпендикулярн полю h. Величину магнитного поля Н выбирают из условия возбуждения фер ромагнитного резонанса (ФМР) в ферритовом образце 4. При резонансе изменяется величина мощности Р отраженной от короткозамкнутого вол новода-З, которая выделяется с помощью циркулятора 2 и направлется на детектор 6. Зависимость величины сигнала на детекторе 6 от величины постоянного магнитного поля Н изобр жена кривой а на фиг. 2, где Нр величина магнитного поля, соответст вующая условиям возбуждения ФМР в данном ферритовом образце на частоте W . Ширину линии ФМР 2U HQ опред ляют в соответствии с фиг. 2 по ширине пика сигнала на детекторе на уровне 0,5. Затем исследуемый полупроводниковый материал 5 помещают в короткозамкнутый волновод так, чтобы ферритовый образец находился на поверхности исследуемого полупро водникового материала 5 в области измерения его удельного сопротивления, после чего также измеряют ширину линии ФМР ферритового образца (кривая б на фиг. 2). При этом во время ферромагнитного резонанса пер менное магнитное, поле собственных колебаний намагниченности ферритового образца взаимодействует с элект ронами проводимости полупроводника, в результате чего ширина 2лН линии ФМР (кривая б) оказывается щире соб ственной ширины 2ЛН0ЛИНии ФМР (кривая а) в отсутствии полупроводникевого материала. Сравнивая величину 2й.Н с 2aHQ, по ушйрению линии ФМР (8 2йН - 2йНр) определяют удельное сопротивление полупроводниково го материала. Градуировка проводитс по образцам любого немагнитного полупроводника с известным значением удельного сопротивления. Для этого снимается зависимость ширины линии ФМР ферритового образца от величины удельного сопротивления иссле4полупроводникового матедуемогориала. 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 S , определяется величиной удельного сопротивления исследуемого материала а также удобством регистрации величины 8 , так как разные моды ФМР при одной величине S удельного сопротивления уширяются неодинаково. Это позволяет измерять удельное сопротивление в широком диапазоне величин при использовании одного ферритовоГо образца. Так, например, при одной и той же величине 5 мода ФМР ферритовой сферы с индексами (2,1,0) уширяется примерно на порядок слабее, чем однородная мода (1,1,0), для которой уширение S 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 области полупроводникового материала с размерами, равными размерам ферритового образца. Частота ФМР ферритового образца определяется внешним магнитным полем, параметрами феррита и конфигурацией образца, и не зависит от абсолютньк размеров образца. Поэтому, не изменяя рабочей частоты генератора 1, можно уменьшить размеры образца, улучшая тем самым пространственное разрешение способа. Причем при уменьшении радиуса R сферы чувствительность уменьшается пропорционально R в то время, как в изв естных способах чувствительность уменьшается как D (где D диаметр измерительного отверстия или зазора). Поэтому в предлагаемом способе наблкщается значительно большая разрешанщая способность при достаточно высокой чувствительности и больший диапазон измеряемых величин за счет возможности использования разных мод ФМР ферритового образца .

СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА, вкл|очающий воздействие на исследуе№1й полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты, отличающийся тем, что с целью увеличения разрешающей способности и расширения диапазона измеряемых величин, к исследуемой области исследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый.образец, на кот,орый воздействуют внешним постоянным магнитным полем, напряженность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикулярно переменно-. § му магнитному полю, после чего измеряют ширину линии ферромагнитно(Л го резонанса ферритового образца с в присутствии исследуемого полупроводникового материала и без него и по изменению ширины линии ферромагнитного резонанса определяют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области. о о СП 4