Способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок Советский патент 1992 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к технической физике, в частности к электроизмерительной технике, может быть использовано для неразрушающего измерения (контроля) удельного электросопротивления полупроводниковых пленок и является усовершенствованием основного изобретения по а.с. № 1642410.

В настоящее время известны бесконтактного измерения удельного сопротивления материалов, заключающиеся в том, что при внесении исследуемого образца в колебательный контур изменяются параметры контура (резонансная частота, выходной сигнал, ток и т п ) и по изменению одного из этих параметров можно судить об электропроводности материала (см. заявку ФРГ № 2636999, кл. G 01 R 27/02, опублик. 1978),

Вышеуказанные способы обладают низкой чувствительностью и точностью измерения; нелинейностью отклика, что затрудняет калибровку и непосредственное считывание результатов.

Известен способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводников, заключающийся в том, что на катушку индуктивности колебательного контура помещают исследуемый образец и по изменению добротности контура судят об удельном электросопротивлении образца (см. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М.: Высшая школа, 1987, с. 44).

Данное техническое решение имеет недостаточную точность, поскольку при измерении не учитывается влияние толщины полупроводникового слоя, неизвестно, в каком диапазоне частот изменения добротности максимальны, силовые линии электромагнитного поля катушки колебательного контура направлены под углом к образцу и с увеличением толщины пленки

сл

с

1

V4

fe

|00

|Ы

6

точность способа падает; необходимость использовать эталонный образец.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, заключающийся в измерении изменения добротности контура специальной формы в диапазоне частот 135-155 МГц при помещении в него полупроводниковой пленки (см. авт св. СССР № 1642410, кл. G 01 R 27/02, 1988).

Однако точность этого способа сильно зависит от состояния поверхности полупроводниковой пленки, которая, в свою очередь, зависит от окружающей среды.

Цель изобретения - повышение точности измерения удельного электросопротие- ления полупроводниковых пленок.

Цель достигается тем, что по способу бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок катушки индуктивности и исследуемую полупроводниковую пленку помещают в кювету из немагнитного непроводящего ток материала, наполненную инертной по отношению к пленке и катушкам жидкостью, температуру которой поддерживают посто- янной.

Сущность способа заключается в том, что при погружении в диэлектрическую инертную жидкость полупроводниковая пленка термостатируется при заданной температуре, кроме того, поверхностные состояния ряда последовательно измеряемых полупроводниковых пленок идентичны, так как определяются не свойствами изменяющейся воздушной среды, a ceot чтвами диэлектрической инертной жидкости, которые при измерениях постоянны.

На фиг.1 и 2 приведено устройство, реализующее способ, где 1 - измерительная кювета, 2 - измеритель добротности. Изме- рительнаядиэлектрическая кювета 1 состоит из корпуса 3, крышки 4 с прорезью для образца и градусником 8, В кювете находится немагнитная диэлектрическая жидкость 5, в которую помещены катушки Гельмголь- ца б и измеряемый образец 7. Выводы катушек 9 проходят сквозь стенку кюветы и служат для подключения к измерителю 2 добротности.

Способ осуществляют следующим образом.

Колебательный контур помещают в диэлектрическую немагнитную кювету с инертной диэлектрической жидкостью. Колебательный контур измерительного устройства с помощью переменного конденсатора настраивают в пределе частот 135-155 МГц в резонанс (резонансную емкость определяют с. помощью формулы Томпсона

-с ,(1)

где f - частота измерения (135-155 МГц);

L - индуктивность контура (пары катушек Гельмгольца). Гн;

С - емкость контура (переменного конденсатора).

Добротность Q колебательного контура максимальна.

Измеряемый (контролируемый) образец помещают внутрь пары катушек Гельмгольца и по шкале схемы измерения добротности определяют величину абсолютного изменения добротности AQ. Удельное сопротивление образца определяют по формуле (2) (толщину образца h измеряют любым достаточным по точности способом): п k г L тз,„

р h l/Wo(AQ/Q)-r (

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от материала полупроводника (Ом/см);

h -толщина полупроводниковой пленки (см);

Д Q/Q - относительное изменение добротности контура при введении в него образца (отн. ед.);

- магнитная постоянная (4лЛО Гн/см).

Следует отметить, что коэффициент пропорциональности k определяется материалом проводника.

Пример конкретного выполнения.

Кювета изготавливается из фторопласта толщиной 3 мм. Катушки Гельмгольца изготовлены из посеребренного медного провода О,8 мм и содержат по два витка. Диаметр катушек 2,5 см и расстояние между ними 1,7см. В качестве жидкости использовалась дистиллированная вода с высоким удельным сопротивлением. Температура воды 20°С. Для измерения параметров контура использовался измеритель добротности Е9-5А. Индуктивность катушек составляла 130 мкГн, измерения параметров КНС проводились на частоте 140 МГц. Температура и влажность окружающей среды моделировались с помощью климатической камеры PSL-4GM японского производства. Относительная влажность поддерживалась с точностью +/-2 %, температура - +/-1%. Измерения р 10 образцов показали, что при колебаниях влажности от 40 до 80% величиныр, полученные по методу-прототипу, колебались в пределах 18% против 7% при измерениях по предложенному способу. Вариации температуры в пределах 17-25°С также показали преимущество предложенного способа (5 и 14% соответственно).

Использование предлагаемого технического решения позволит повысить в электронной промышленности точность бесконтактных способов измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок за счет устранения ошибок, вызванных отклонением температуры образца и изменением его поверхностных состояний.°

0

Формула изобретения Способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок по авт. св. N: 1642410, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения удельного электросопротивления полупроводниковых пленок, катушки индуктивности Гельмголь- ца и образец помещают в немагнитную диэлектрическую кювету, наполненную диэлектрической немагнитной жидкостью, температуру которой поддерживают постоянной.

Изобретение относится к технической физике, может быть использовано для неразрушающего контроля удельного электросопротивления полупроводниковых пленок и является усовершенствованием основного изобретения по авт. св. № 1642410. Исследуемую полупроводниковую пленку помещают в кювету из немагнитного непроводящего ток материала, наполненную диэлектрической немагнитной жидкостью, температуру которой поддерживают постоянной, что повышает точность измерений 2 ил.