СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕЖФАЗОВОЙ ГРАНИЦЫ ЭЛЕКТРОЛИТ - ПОЛУПРОВОДНИК Советский патент 1996 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля параметров полупроводниковых материалов и приборов в процессе их изготовления.

Целью изобретения является повышение точности определения электрофизических параметров межфазовой границы электролит полупроводник и повышение информативности.

На фиг.1 приведена зависимость величины интеграла I приращения напряжения на межфазовой границе электролит полупроводник и емкости межфазовой границы С от величины потенциала Φ на ней; на фиг.2 зависимости емкости С межфазовой границы при различных фиксированных длительностях основного и дополнительного импульсов от величины потенциала Φ; на фиг.3 схема устройства, реализующего способ.

Кривая 1 соответствует фиксированной длительности 1,5·10^-6 с, кривая 2-15·10^-4 с.

Устройство содержит электрохимическую ячейку 3, образец 4 кремния, электрод 5 сравнения (нормальный водородный электрод); электрод 6 поляризации (платиновый электрод), емкостной электрод 7 (платина большой площади, т. е. емкость этого электрода более чем в 10 раз превышает максимальную емкость исследуемого образца), потенциостат 8, генератор 9 основного и дополнительного импульсов, измеритель 10, устройство 11 выборки и хранения и двухкоординатный регистратор 12.

П р и м е р. Измерение электрофизических параметров межфазовой границы осуществляют следующим образом. К исследуемому образцу 4 полупроводникового материала (кремния) припаивают омический контакт, который защищают химически стойким изоляционным лаком. Затем образец помещают в электрохимическую ячейку 3 с электролитом (плавиковая кислота). С помощью потенциостата 8 задают потенциал Φ на межфазной границе плавиковая кислота кремний в диапазоне 0,6 ≅ Φ ≅ 0,4 В по НВЭ (насыщенный водородный электрод). Электрохимическую ячейку с объектом исследования (образцом кремния) подключают к генератору 9 формирующему основной и дополнительный импульсы тока с фиксированной длительностью обоих импульсов. Через межфазовую границу кремний плавиковая кислота пропускают основной импульс тока и дополнительный импульс тока противоположной полярности с фиксированной длительностью обоих импульсов 1,5·10^-6 с. При этом следят за тем, чтобы суммарный заряд, вносимый обоими импульсами, был равен нулю. Измеряют приращение напряжения измерителем 10 на межфазовой границе в интервале между началом основного и концом дополнительного импульсов тока. Определяют величину интеграла приращения напряжения на межфазовой границе за время действия обоих импульсов следующим образом.

Запоминают с помощью устройства 11 выборки и хранения величину приращения напряжения на момент окончания действия дополнительного импульса тока, которая равна величине интеграла приращения напряжения на межфазовой границе кремний плавиковая кислота.

Заменяют электрохимическую ячейку эквивалентной схемой замещения (в конкретном случае магазином емкостей). Клеммы магазина подключаются вместо исследуемого образца кремния и емкостного электрода 7.

Сопоставляют измеренную величину интеграла приращения напряжения со значением емкости эталонного магазина.

Результат измерения приведен на фиг.1.

Для определения других конкретных величин искомых параметров заменяют электрохимическую ячейку соответствующим эквивалентом параметра (ранее откалиброванным любым известным способом) и сопоставляют измеренную величину интеграла приращения со значением соответствующего эталонного параметра.

На фиг.1 приведена зависимость величины интеграла I приращения напряжения на межфазовой границе, определения в относительных единицах и приведенная к квадратному сантиметру исследуемой границы, от величины потенциала на ней. Методом калибровки, сопоставляя каждое значение величины интеграла I со значением эталонного электрофизического параметра, отражающего процессы накопления заряда (например, значение величины эталонной емкости), устанавливают соответствие между измеряемой величиной и величиной искомого электрофизического параметра. Так, дополнительная ось на фиг.1 показывает взаимно однозначное соответствие величины интеграла I и величины емкости С для межфазовой границы плавиковая кислота кремний. Установленное взаимно однозначное соответствие позволяет измерить электрофизические параметры, связанные уже с параметрами емкости межфазовой границы.

Дополнительное измерение при фиксированной длительности обоих импульсов 15·10^-6 с позволяет измерить зависимость емкости межфазовой границы и, следовательно, связанной с ней плотности поверхностных состояний от времени перезарядки зарядовых состояний на межфазовой границе. На фиг.2 (кривая 2) показан результат дополнительного измерения. Разность между кривыми 2 и 1 соответствует плотности поверхностных состояний с временем перезаряда в интервале от 1,5 · 10^-6 до 15·10^-6 с.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным заключается в повышении точности определения электрофизических параметров межфазовой границы более чем в два раза и увеличении информативности о зарядовом состоянии межфазовой границы. Это позволяет применять предлагаемый способ для контроля электрофизических параметров полупроводниковых материалов и приборов на этапе их изготовления и исследовать межфазовые границы с участием полупроводниковых материалов с высокой эффективностью, например, при разработке технологических процессов.

Изобретение относится к метрологии электрофизических параметров полупроводников и предназначено для контроля параметров полупроводниковых приборов и материалов в процессе их изготовления, а также при исследовании электрофизических параметров различных межфазовых границ с участием полупроводниковых и полуметаллических материалов. Цель изобретения - повышение точности и информативности способа определения электрофизических параметров межфазовой границы электролит-полупроводник. Для этого через межфазовую границу пропускают основной импульс тока и дополнительный, но противоположной полярности. Параметры импульсов таковы, что суммарный заряд, вносимый основным и дополнительным импульсами, равен нулю. Проводят измерение приращения напряжения на межфазовой границе в интервале между началом основного и концом дополнительного импульса. По величине интеграла приращения определяют величины электрофизических параметров межфазовой границы в соответствии с ранее полученными калиброванными зависимостями. Измеряя интеграл приращения при двух фиксированных длительностях импульсов, определяют зависимость плотности поверхностных состояний от времени перезарядки зарядовых состояний на межфазовой границе. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕЖФАЗОВОЙ ГРАНИЦЫ ЭЛЕКТРОЛИТ - ПОЛУПРОВОДНИК, включающий пропускание через границу основного импульса тока, измерение приращения напряжения на границе, пропускание дополнительного импульса тока противоположной полярности, длительность и амплитуду которого выбирают из условия обеспечения равенства нулю суммарного заряда, вносимого основным и дополнительным импульсами тока, и определение искомых величин электрофизических параметров по калибровочным зависимостям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измерение приращения напряжения на межфазовой границе производят в интервале между началом основного и концом дополнительного импульсов, определяют величину интеграла приращения напряжения на межфазовой границе, а величины электрофизических параметров межфазовой границы определяют по величине интеграла приращения при фиксированных длительностях обоих импульсов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности, величины электрофизических параметров межфазовой границы электролит-полупроводник определяют по величине интеграла приращения напряжения на межфазовой границе измеренного при по крайней мере двух различных парах фиксированных значений длительности обоих импульсов.