Способ измерения электропроводности полупроводников Советский патент 1993 года по МПК H01L21/66 

со

с

Изобретение относится к измерению параметров полупроводников, а точнее измерению электропроводности полупроводников. Сущность изобретения: две части полупроводника с одинаковыми геометрическими размерами соединяют через слой диэлектрика толщиной 10-20 мкм. Теплопроводность диэлектрика близка к теплопроводности полупроводника. Части последовательно соединяют через два близлежащих торца. Зспдовые электроды устанавливают на одной из поверхностей образца. Омические электроды размещены на незамкнутых торцах структуры. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области измерения параметров полупроводников, а точнее, измерения электропроводности полупроводников.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов измерения электропроводности полупроводников за счет исключения в процессе измерения возникновения на образце термоЭДС, вследствие эффекта Пельтье.

Предложенный способ измерения электропроводности дает возможность исключить в процессе измерения возникновения на образце, вследствие эффекта Пельтье. термоЭДС, соответственно устранить влияние этой термоЭДС на результат измерения электропроводности и тем самым повысить достоверность результатов измерения.

Способ удобрен особенно в случае измерения электропроводности полупроводниковых образцов в виде пластин, эпитакси- альных структур, пленок, слоев, а также образцов, часть боковой поверхности которых по всей длине имеет плоскую форму шириной не менее, чем толщина образца.

На чертеже показана схема измерения электропроводности предложенным способом.

Образец состоит из двух одинаковых частей 1 и 2. Части 1 и 2 электроизолированы друг от друга тонким слоем 3 и соединены между собой последовательно через торцы с помощью перемычки 4.

На образец от источника тока 5 подается ток силой I.

Падение напряжения V измеряется между зондами 6, установленными на свободной боковой поверхности одной из двух частей образца. Сила тока через образец

00

ю

VJ О Ю СЛ

фиксируется амперметром 7, а напряжение - вольтметром 8. По формуле

а

.Ik- US

вычисляется электропроводность а образца (где L - расстояние между измерительными зондами).

Способ осуществляется следующим образом.

В случае образцов о форме параллелепипеда, пластин, слоев, тонких пленок и т. д. берутся (изготавливаются) два образца с одинаковыми геометрическими размерами, на наиболее широкую плоскую боковую поверхность одного образца по всей длине и ширине наносится электроизоляционный слой толщиной 10-20 мкм. на него устанавливаются второй образец полупроводника. Образцы через один из близлежащих торцов (концов) последовательно соединяются друг с другом, а свободные торцы (концы) образцов используются для пропускания тока I при измерениях электропроводности. Измерительные зонды, в этом случае, устанавливаются на боковой поверхности одного из образцов.

В случае образца цилиндрической формы или другой, определенной, геометрической формы, образец по длине разрезается на две равные части. Затем плоскость среза одной части покрывается электроизоляционным слоем толщиной 10 ... 20 мкм и теплопроводностьюблизкойктеплопроводности полупроводника, на него по плоскости среза устанавливается вторая часть образца. Разделенные части образца соединяются друг с другом последовательно через близлежащие торцы, расположенные на одном конце, а свободные торцы частей используются для пропускания тока I при измерении электропроводности. Измерительные зонды при этом устанавливаются на боковой поверхности одной из частей.

Таким образом, во всех случаях, образец для проведения эксперимента (измерение электропроводности) состоит из двух одинаковых частей последовательно соединенных между собой через торцы. При этом лежащие друг на друге боковые поверхности этих частей электроизолированы друг от друга с помощью тонкого электроизоляционного слоя с теплопроводностью, близкой к теплопроводности полупроводника.

Ниже приводятся экспериментальные данные полученные на образцах п- и р-типа проводимости кристаллов твердых раствороо систем ВЬТез - BlaSes; BlaTea - 5Ь2Тез. которые сведены в таблицу.

При этом образцы изготовлены следующим образом.

Из слитка диаметром 1,0 - 1,3 см кристаллов указанных твердых растворов вырезаны столбики длиной 2,5 - 2,7 см. Затем полученные столбики подлине разделились (электроэрозионной резкой) на две равные

части. Плоскость среза одной части каждого столбика покрывалась слоем пасты КПТ-8, на него по плоскости среза устанавливалась вторая часть этого же столбика. Близлежащие торцы электрически соединены, а омические контакты для пропускания тока были размещены на незамкнутых торцах образца (структуры). Измерительные зонды при этом были установлены на боковой поверхности

одной из частей. Определены электропроводности материалов n-и р-типа проводимости традиционным известным способом (данные приведены в табл. 1 и 2), где невозможно учесть погрешность за счет эффекта Пельтье, и предложенным методом. Расчет

производился по формуле

№

I L US

где I - ток пропускаемый через образец; U падение напряжения на измерительных

зондах, I - расстояние между зондами; S площадь поперечного сечения образца.

n-тип материала, I 100 мА, S 0,42 см2,

| 0,63 см.

р-тип материала, I 100 мА, S 0,516 см2,1 0,58 см.

При пропускании через образец постоянного тока, вследствие эффекта Пельтье,

между его торцами возникает градиент температуры, и, соответственно, термоЭДС. В предложенном способе направления тока в соединенных между собой последовательно частях образца будут противоположны друг

другу. Вследствие этого и направления градиента температуры на первой и второй частях образца будут направлены друг против друга, т. е. например, конец первой части образца, в котором выделяется теплота

Пельтье, будет располагаться на конце второй части образца, на которой поглощается теплота Пельтье, и наоборот.

Поэтому с момента прохождения тока через образец, поглощаемая и выделяемая теплота Пельтье на первой части образца будут полностью компенсироваться теплотой, выделяемой и поглощаемой на второй части образца. В результате между торцами (концами) образца, в том числе между измерительными зондами, не возникает градиент температуры, следовательно термоЭДС, вследствие эффекта Пельтье.

Таким образом, способ позволяет, непосредственно в процессе измерения, иск- лючить возникновение термоЭДС между измерительными зондами вследствие эффекта Пельтье и измерить истинное (омическое) значение падения напряжения между измерительными зондами, обусловленны- ми только за счет сопротивления полупроводникового образца.

Толщина 10 ... 20 мкм электроизоляционного слоя определяется тем, что при толщинах меньше 10 мкм не всегда обеспечивается надежная электроизоляция частей друг от друга, а при толщинах больше 20 мкм заметно ухудшается тепловой обмен между частями.

В случае образцов, часть боковой по- верхности которой по всей длине имеет плоскую форму, необходимо, чтобы ширина на этой плоской поверхности была не менее толщины образца. В противном случае, тепловой обмен между первой и второй частя- ми образца затрудняется и не происходит полной компенсации поглощаемой и выделяемой теплоты Пельтье в образце.

Предложенное изобретение лозволяет исключить в процессе измерения электропроводности полупроводников возникновение на образце вследствие эффекта Пельтье термоЭДС и, следовательно, повысить достоверность способа измерений.

Формула изобретения Способ измерения электропроводности полупроводников, включающий пропускание через образец постоянного тока и измерение падения напряжения между двумя зондовыми электродами, установленными на одной из поверхностей образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве образца используют структуру состоящую из двух частей исследуемого полупроводника, разделенных слоем диэлектрика, имеющего теплопроводность, близкую к теплопроводности полупроводника, толщиной 10 - 20 мкм, причем обе части полупроводника имеют одинаковые геометрические размеры и расположены симметрично относительно слоя диэлектрика, два близлежащих торца электрически соединены, а омические контакты для пропускания тока размещены на незамкнутых торцах структуры.

Таблица 1

Таблица 2